Das Universum wirft eine Kurve: Das Paradoxon der Verteilung dunkler Materie.
Abbildung 1: Ein Beispiel für ein Bild, das mit HSC-SSP aufgenommen wurde. Kredit: HSC-SSP-Projekt & NAOJ
Astrophysiker fanden heraus, dass die "Klumpigkeit" der dunklen Materie des Universums 0,76 beträgt, eine Zahl, die dem Wert des kosmischen Mikrowellenhintergrunds von 0,83 widerspricht und auf mögliche Fehler oder ein unvollständiges kosmologisches Modell hinweist. Die Forschung verwendete die Daten des Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program und wird diese überzeugende Diskrepanz weiter untersuchen.
Ein internationales Team von Astrophysikern und Kosmologen an verschiedenen Instituten, darunter NAOJ und das Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, hat einen Satz von fünf Papieren vorgelegt, die den Wert für die "Klumpigkeit" der dunklen Materie des Universums messen, die Kosmologen als S8 kennen. Der gemeldete Wert beträgt 0,76, was mit Werten übereinstimmt, die andere Gravitationslinsen-Surveys gefunden haben, indem sie das relativ junge Universum betrachteten - aber er stimmt nicht mit dem Wert von 0,83 überein, der aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund abgeleitet wurde, der etwa 380.000 Jahre alt ist. Die Lücke zwischen diesen beiden Werten ist gering, aber es scheint nicht zufällig zu sein. Die Möglichkeiten sind, dass es einen noch nicht erkannten Fehler oder Fehler in einer dieser beiden Messungen gibt oder dass das Standardkosmologiemodell in irgendeiner interessanten Weise unvollständig ist.
Das Standardmodell unseres Universums wird durch nur eine Handvoll Zahlen definiert: die Expansionsrate des Universums, ein Maß für die Klumpigkeit der dunklen Materie (S8), die relativen Beiträge der Bestandteile des Universums (Materie, dunkle Materie und dunkle Energie), die Gesamtdichte des Universums und eine technische Größe, die beschreibt, wie die Klumpigkeit des Universums auf großen Skalen mit der auf kleinen Skalen zusammenhängt. Kosmologen sind bestrebt, dieses Modell zu testen, indem sie diese Zahlen auf verschiedene Weise einschränken, z. B. indem sie die Schwankungen im kosmischen Mikrowellenhintergrund beobachten, die Expansionsgeschichte des Universums modellieren oder die Klumpigkeit des Universums in der relativ jüngsten Vergangenheit messen.
Abbildung 2: Ein Beispiel für eine 3D-Verteilung dunkler Materie, die aus HSC-SSP abgeleitet wurde. Diese Karte wurde durch Verwendung der Daten des ersten Jahres erstellt, aber die vorliegende Studie untersuchte einen Bereich am Himmel, der etwa drei Mal größer als dieser war. Kredit: Universität Tokio/NAOJ
Ein Team von Astronomen des Kavli IPMU, der Universität Tokio, der Universität Nagoya, der Princeton University und der astronomischen Gemeinschaften von Japan und Taiwan hat im vergangenen Jahr die Geheimnisse des am schwersten fassbaren Materials, der Dunklen Materie, mithilfe ausgefeilter Computersimulationen und Daten aus den ersten drei Jahren des Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Programs (HSC-SSPs) herausgefunden. Das Beobachtungsprogramm verwendete eine der leistungsstärksten astronomischen Kameras der Welt, Hyper Suprime-Cam (HSC), die am Subaru-Teleskop montiert ist. Die von der Forschergruppe verwendeten HSC-SSP-Daten decken etwa 420 Quadratgrad des Himmels ab, was etwa 2000 Vollmonden entspricht.
Klumpen dunkler Materie verzerren das Licht ferner Galaxien durch schwache Gravitationslinse, ein Phänomen, das von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt wird. Diese Verzerrung ist ein wirklich kleiner Effekt. Die Form einer einzigen Galaxie wird um einen unmerklichen Betrag verzerrt. Aber das Team hat die Verzerrung mit ziemlich hoher Präzision gemessen, indem es die Messungen für 25 Millionen schwache Galaxien kombinierte, die Milliarden von Lichtjahren entfernt sind. Anschließend hat das Team die Klumpigkeit des Universums heute gemessen (Abbildung 3).
Abbildung 3: Die Messergebnisse des S8-Parameters aus den Daten des HSC-SSP Year 3. Die Tabelle zeigt die Ergebnisse aus vier verschiedenen Methoden, die verschiedene Teile der HSC-SSP Year 3-Daten oder die HSC-SSP Year 3-Daten in Kombination mit anderen Daten verwendeten. Zur Vergleichbarkeit zeigt "Planck CMB" das Messergebnis für S8 aus den Daten des kosmischen Mikrowellenhintergrunds vom Planck-Satelliten. "Andere schwache Linsenergebnisse" zeigt die Ergebnisse ähnlicher schwacher Linsenmessungen auf der Grundlage von Daten der Dark Energy Survey (DES) und des Kilo Degree Survey (KiDS). Credit: Kavli IPMU
Die Diskrepanz zwischen den S8-Werten von HSC-SSP und dem Planck-Satelliten ist sehr fein. Das Team denkt, dass die Messung richtig und vorsichtig durchgeführt wurde. Und die Statistiken zeigen, dass es nur eine Wahrscheinlichkeit von eins zu zwanzig gibt, dass der Unterschied nur zufällig ist, was überzeugend, aber nicht vollständig endgültig ist. Das Team wird diese überzeugende Inkonsistenz weiter verfolgen, indem es den gesamten HSC-SSP-Datensatz und verfeinerte Methoden verwendet. Das Team könnte etwas Neues über das Universum entdecken, also bleiben Sie dran.
Weitere Informationen zu dieser Forschung finden Sie in Messtechnik von Dunkler Materie mit Hyper Suprime-Cam enthüllt Diskrepanz.
“Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Cosmology from Galaxy Clustering and Weak Lensing with HSC and SDSS using the Emulator Based Halo Model” by Hironao Miyatake, Sunao Sugiyama, Masahiro Takada, Takahiro Nishimichi, Xiangchong Li, Masato Shirasaki, Surhud More, Yosuke Kobayashi, Atsushi J. Nishizawa, Markus M. Rau, Tianqing Zhang, Ryuichi Takahashi, Roohi Dalal, Rachel Mandelbaum, Michael A. Strauss, Takashi Hamana, Masamune Oguri, Ken Osato, Wentao Luo, Arun Kannawadi, Bau-Ching Hsieh, Robert Armstrong, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Lauren A. MacArthur, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Yuki Okura, Paul A. Price, Tomomi Sunayama, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka and Shiang-Yu Wang, 3 April 2023, Astrophysics > Cosmology and Nongalactic Astrophysics.arXiv:2304.00704
“Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Measurements of Clustering of SDSS-BOSS Galaxies, Galaxy-Galaxy Lensing and Cosmic Shear” by Surhud More, Sunao Sugiyama, Hironao Miyatake, Markus Michael Rau, Masato Shirasaki, Xiangchong Li, Atsushi J. Nishizawa, Ken Osato, Tianqing Zhang, Masahiro Takada, Takashi Hamana, Ryuichi Takahashi, Roohi Dalal, Rachel Mandelbaum, Michael A. Strauss, Yosuke Kobayashi, Takahiro Nishimichi, Masamune Oguri, Arun Kannawadi, Robert Armstrong, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Yuki Okura, Paul A. Price, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka and Shiang-Yu Wang, 3 April 2023, Astrophysics > Cosmology and Nongalactic Astrophysics.arXiv:2304.00703
“Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Cosmology from Galaxy Clustering and Weak Lensing with HSC and SDSS using the Minimal Bias Model” by Sunao Sugiyama, Hironao Miyatake, Surhud More, Xiangchong Li, Masato Shirasaki, Masahiro Takada, Yosuke Kobayashi, Ryuichi Takahashi, Takahiro Nishimichi, Atsushi J. Nishizawa, Markus M. Rau, Tianqing Zhang, Roohi Dalal, Rachel Mandelbaum, Michael A. Strauss, Takashi Hamana, Masamune Oguri, Ken Osato, Arun Kannawadi, Robert Armstrong, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Yuki Okura, Paul A. Price, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka and Shiang-Yu Wang, 3 April 2023, Astrophysics > Cosmology and Nongalactic Astrophysics.arXiv:2304.00705
“Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Cosmology from Cosmic Shear Power Spectra” by Roohi Dalal, Xiangchong Li, Andrina Nicola, Joe Zuntz, Michael A. Strauss, Sunao Sugiyama, Tianqing Zhang, Markus M. Rau, Rachel Mandelbaum, Masahiro Takada, Surhud More, Hironao Miyatake, Arun Kannawadi, Masato Shirasaki, Takanori Taniguchi, Ryuichi Takahashi, Ken Osato, Takashi Hamana, Masamune Oguri, Atsushi J. Nishizawa, Andrés A. Plazas Malagón, Tomomi Sunayama, David Alonso, Anže Slosar, Robert Armstrong, James Bosch, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Lauren A. MacArthur, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Takahiro Nishimichi, Yuki Okura, Paul A. Price, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka and Shiang-Yu Wang, 3 April 2023, Astrophysics > Cosmology and Nongalactic Astrophysics.arXiv:2304.00701
“Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Cosmology from Cosmic Shear Two-point Correlation Functions” by Xiangchong Li, Tianqing Zhang, Sunao Sugiyama, Roohi Dalal, Markus M. Rau, Rachel Mandelbaum, Masahiro Takada, Surhud More, Michael A. Strauss, Hironao Miyatake, Masato Shirasaki, Takashi Hamana, Masamune Oguri, Wentao Luo, Atsushi J. Nishizawa, Ryuichi Takahashi, Andrina Nicola, Ken Osato, Arun Kannawadi, Tomomi Sunayama, Robert Armstrong, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Takahiro Nishimichi, Yuki Okura, Paul A. Price, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka, Shiang-Yu Wang, 3 April 2023, Astrophysics > Cosmology and Nongalactic Astrophysics.arXiv:2304.00702
