Verzerrte Visionen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds - des frühesten nachweisbaren Lichts - ermöglichen es Astronomen, die Gesamtmenge an sichtbarer und unsichtbarer Materie im gesamten Universum abzubilden.
Ungefähr 85 Prozent aller Materie im Universum ist dunkle Materie, die selbst für die stärksten Teleskope unsichtbar ist, aber durch ihre Anziehungskraft erkennbar ist.
Um dunkle Materie zu finden, suchen Astronomen nach einem Effekt, der als Gravitationslinse bezeichnet wird: Wenn sich die Gravitationskraft der dunklen Materie biegt und das Licht eines weiter entfernten Objekts verstärkt. In seiner exzentrischsten Form führt es zu mehreren bogenförmigen Bildern entfernter kosmischer Objekte.
Hier gibt es jedoch eine Einschränkung: Um dunkle Materie zu erkennen, muss sich ein Objekt direkt dahinter befinden. Die Sterne müssen ausgerichtet sein.
In einer kürzlich von Dr. James Geach von der University of Hertfordshire in Großbritannien durchgeführten Studie haben Astronomen stattdessen den kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) im Auge behalten.
"Das CMB ist das am weitesten entfernte / älteste Licht, das wir sehen können", sagte Dr. Geach gegenüber dem Space Magazine. "Es kann als eine Oberfläche betrachtet werden, die das gesamte Universum hinterleuchtet."
Die Photonen des CMB haben sich auf die Erde geschleudert, seit das Universum erst 380.000 Jahre alt war. Ein einzelnes Photon hatte die Chance, auf viel Materie zu stoßen, nachdem es die gesamte Materie im Universum entlang seiner Sichtlinie effektiv untersucht hatte.
"Unsere Sicht auf das CMB ist also etwas verzerrt von dem, wie es an sich aussieht - ein bisschen wie das Muster auf dem Boden eines Schwimmbades", sagte Dr. Geach.
Indem wir die kleinen Verzerrungen im CMB feststellen, können wir die gesamte dunkle Materie im gesamten Universum untersuchen. Aber genau das zu tun ist extrem herausfordernd.
Das Team beobachtete den südlichen Himmel mit dem Südpol-Teleskop, einem 10-Meter-Teleskop, das für Beobachtungen in der Mikrowelle ausgelegt ist. Diese große, bahnbrechende Umfrage ergab eine CMB-Karte des südlichen Himmels, die mit früheren CMB-Daten des Planck-Satelliten übereinstimmte.
Die charakteristischen Signaturen der Gravitationslinse durch dazwischenliegende Materie können nicht mit dem Auge extrahiert werden. Astronomen verließen sich auf die Verwendung eines gut entwickelten mathematischen Verfahrens. Wir werden nicht auf die bösen Details eingehen.
Dies ergab eine „Karte der gesamten projizierten Massendichte zwischen uns und dem CMB. Das ist ziemlich unglaublich, wenn Sie darüber nachdenken - es ist eine Beobachtungstechnik, um die gesamte Masse im Universum direkt auf die CMB abzubilden “, erklärte Dr. Geach.
Aber das Team hat seine Analyse dort nicht abgeschlossen. Stattdessen maßen sie weiterhin die CMB-Linse an den Positionen von Quasaren - mächtigen supermassiven Schwarzen Löchern in den Zentren der frühesten Galaxien.
"Wir fanden heraus, dass Regionen des Himmels mit einer großen Dichte an Quasaren ein deutlich stärkeres CMB-Linsensignal aufweisen, was bedeutet, dass sich Quasare tatsächlich in großräumigen Materiestrukturen befinden", so Dr. Ryan Hickox vom Dartmouth College - zweiter Autor der Studie. sagte Space Magazine.
Schließlich wurde die CMB-Karte verwendet, um die Masse dieser Halos aus dunkler Materie zu bestimmen. Diese Ergebnisse stimmten mit denen überein, die in älteren Studien ermittelt wurden, in denen untersucht wurde, wie sich die Quasare im Weltraum zusammenballten, ohne dass auf die CMB Bezug genommen wurde.
Konsistente Ergebnisse zwischen zwei unabhängigen Messungen sind ein leistungsfähiges wissenschaftliches Instrument. Laut Dr. Hickox zeigt dies, dass „wir ein starkes Verständnis dafür haben, wie supermassereiche Schwarze Löcher in großräumigen Strukturen vorhanden sind und dass (wieder) Einstein Recht hatte.“
Das Papier wurde zur Veröffentlichung in den Astrophysical Journal Letters angenommen und steht hier zum Download zur Verfügung.
