Hvor mørkt er det kosmiske nettet?

Universet gjennomsyres av et stort, usynlig nettverk, hvor det er slynger seg gjennom rommet. Men til tross for at vi organiserer saken vi ser i verdensrommet, er dette mørke nettet usynlig. Det er fordi den er sammensatt av mørk materie, som utøver et gravitasjonstrekk, men ikke avgir lys. 

Det vil si at nettet var usynlig til nå. For første gang har forskere belyst noen av universets mørkeste hjørner. 

I slekt: De 11 største ubesvarte spørsmålene om mørk materie

Veving av nettet

For lenge siden var universet varmere, mindre og tettere enn det er nå. Det var også i gjennomsnitt mye kjedeligere. Det var ikke mye variasjon i tetthet fra sted til sted. Jada, verdensrommet var mye mer trangt, men i det unge universet, uansett hvor du gikk, var ting stort sett det samme.

Men det var små tilfeldige forskjeller i tetthet. Disse nuggets hadde litt mer gravitasjonstrekk enn sitt omliggende nabolag, og derfor hadde stoff en tendens til å strømme inn i dem. Når de vokste seg større på denne måten, utviklet de en enda sterkere gravitasjonspåvirkning, og trakk mer materie inn og fikk dem til å bli større, og så videre og så videre i milliarder av år. Samtidig som nuggets vokste, tømmes mellomrommene mellom dem.

I løpet av den kosmiske tiden ble de rike rikere og de fattige ble fattige.

Etter hvert vokste de tette flekkene til å bli de første stjernene, galakser og klynger, mens mellomrommene mellom dem ble de store kosmiske hulrommene.

Nå, 13,8 milliarder år i dette enorme byggeprosjektet, er jobben ikke helt ferdig. Materie strømmer fremdeles ut av tomrommene, og blir med i grupper av galakser som strømmer inn i tette, rike klynger. Det vi har i dag, er et enormt, komplekst nettverk av filament av materie: den kosmiske nettet.

Et lys i mørket

Det store flertallet av materien i universet vårt er mørkt; det samhandler ikke med lys eller med noe av den "normale" saken som vi ser som stjerner og gassskyer og andre interessante ting. Som et resultat er mye av det kosmiske nettet helt usynlig for oss. Heldigvis, der den mørke saken samler seg, drar den også med seg litt vanlig sak for å være med på moroa.

I de tetteste lommene i universet vårt, der tyngdekraftens hvisking av mørk materie har påvirket nok regelmessig materie til å samles, ser vi lys: Den vanlige materien har konvertert seg til stjerner.

Som et fyrtårn på en fjern, svart kyst, forteller stjerner og galakser oss hvor den skjulte mørke materien lurer, noe som gir oss en spøkelsesaktig omriss av den kosmiske nettets sanne struktur.

Med dette partiske synet kan vi lett se klyngene. De popper ut som gigantiske byer sett fra en røde øyne-flukt. Vi vet med sikkerhet at det er en enorm mengde mørk materie i disse strukturene, siden du trenger mye gravitasjonsmoment for å samle sammen mange galakser..

Og i motsatt ende av spekteret kan vi lett se hulrommene; de er stedene der alt ikke er noe. Fordi det ikke er galakser som kan belyse disse rommene, vet vi at de stort sett er tomme.

Men storheten til det kosmiske nettet ligger i de sarte linjene i filamentene selv. Disse tynne galaksene som strekker seg i millioner av lysår, fungerer som store kosmiske motorveier som krysser svarte tomrom, og forbinder lyse byklynger.

Gjennom en svak linse

Disse filamentene i det kosmiske nettet er den vanskeligste delen av nettet å studere. De har noen galakser, men ikke mye. Og de har alle slags lengder og orienteringer; til sammenligning er klyngene og hulrommene geometrisk barns lek. Så selv om vi har visst om eksistensen av filamenter, gjennom datasimuleringer, i flere tiår, har vi hatt en vanskelig tid faktisk, vet du, å se dem.

Nylig gjorde imidlertid et team av astronomer et stort fremskritt med å kartlegge det kosmiske nettet, og publiserte resultatene 29. januar til arXiv-databasen. Slik gikk de i virksomheten:

Først tok de en katalog med såkalte lysende røde galakser (LRG) fra Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) undersøkelse. LRG-er er enorme galaksedyr, og de har en tendens til å sitte i sentrum av tette klatter av mørk materie. Og hvis LRG-ene sitter i de tetteste områdene, bør linjer som forbinder dem være laget av de mer delikate filamentene.

Men å stirre på mellomrommet mellom to LRG-er vil ikke være produktivt; det er ikke mye ting der. Så teamet tok tusenvis av LRG-par, tilpasset dem og stablet dem oppå hverandre for å lage et sammensatt bilde.

Ved å bruke dette stablede bildet, telte forskerne alle galakser som de kunne se, og tilføyde det totale lysbidraget deres. Dette tillot forskere å måle hvor mye normal materie som utgjorde glødetrådene mellom LRG-ene. Deretter så forskerne på galaksene bak glødetrådene, og spesifikt på deres former.

Mens lys fra de bakgrunnsgalakser stakk gjennom de mellomliggende filamenter, tyngdekraften fra den mørke materien i disse glødetrådene forsiktig dyttet lyset, noen gang så litt forskyvende bilder av disse galaksene. Ved å måle mengden forskyvning (kalt "skjær" av forskerne) kunne teamet estimere mengden mørk materie i glødetrådene.

Dette tiltaket stilt opp med teoretiske forutsigelser (et annet poeng for eksistensen av mørk materie). Forskerne bekreftet også at glødetrådene ikke var helt mørke. For hver 351 sols masse i filamentene var det 1 sols verdi for lysutbyttet. 

Det er et rått kart over glødetrådene, men det er det første, og det viser definitivt at selv om det kosmiske nettet vårt stort sett er mørkt, er det ikke helt svart. 

Paul M. Sutter er en astrofysiker ved SUNY Stony Brook og Flatiron Institute, vert for Ask a Spaceman and Space Radio, og forfatter av Your Place in the Universe.

• De største ubesvarte spørsmålene i fysikk
• Hva er det? Dine fysiske spørsmål besvart
• Kosmiske rekordholdere: De 12 største objektene i universet

Opprinnelig publisert på .