Na podstawie obserwacji dwóch obserwatoriów jednocześnie, pracujących na różnych zakresach promieniowania, udało się stworzyć mapę rozkładu materii we Wszechświecie z niespotykaną dotąd dokładnością. Dzięki temu okazało się, że model standardowy – główna współczesna teoria porządku świata, opisująca wszystkie cząstki, pola i oddziaływania poza grawitacją – ma wszelkie szanse na bycie niekompletnym.

Pomiary jednego instrumentu naukowego mogą być obarczone systematycznym błędem technicznym lub wadami konkretnego instrumentu. Dlatego badacze zawsze starają się sprawdzać dane za pomocą różnych metod. A jeśli mówimy o mikroskopie lub termometrze, nie powinno być wielu problemów. Kiedy jednak trzeba zweryfikować dane nie tylko z dużych teleskopów, ale wyniki całych, trwających lata przeglądów nocnego nieba, zadanie staje się naprawdę gigantyczne.

Wykonanie takiej sztuczki dla Dark Energy Survey (DES) i South Pole Telescope (SPT) wymagało pracy ponad 150 astrofizyków i innych specjalistów z całego świata. Pierwsza, jak sama nazwa wskazuje, określała rozkład ciemnej materii, druga - kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła. W obu zestawach danych głównym punktem odniesienia było soczewkowanie grawitacyjne, czyli zmiana trajektorii fal elektromagnetycznych w pobliżu masywnych skupisk materii.

Ponieważ jedyną rzeczą, która gwarantuje, że jest wspólna dla wszystkich rodzajów materii – zarówno „zwykłej”, jak i ciemnej – jest masa, soczewkowanie grawitacyjne pozwala wykryć dowolne obiekty dowolnej wielkości, nawet jeśli niczego nie promieniują.

Porównanie danych DES i SPT jest istotne, ponieważ oba przeglądy zbierały światło ze znacznych obszarów nieba i robiły to w różnych zakresach promieniowania elektromagnetycznego. Teleskop Victor Blanco w Chile, za pomocą którego przeprowadzono przegląd ciemnej energii, działa w zakresie optycznym i bliskiej podczerwieni. Natomiast SPT to radioteleskop wychwytujący m.in. promieniowanie mikrofalowe.

Analiza była tak owocna, że ​​zaowocowała jednocześnie trzema publikacjami naukowymi w recenzowanym czasopiśmie „Physical Review D” Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego (APS).

Zbieżne obszary nieba w przeglądach DES i SPT / Yuuki Omori

Najważniejszym rezultatem tej fundamentalnej pracy jest sporządzona z niespotykaną dotąd dokładnością mapa rozmieszczenia materii we Wszechświecie. Wartość naukowa polega na tym, że wiedząc, gdzie i jak substancja się teraz znalazła, można ocenić jej ewolucję od Wielkiego Wybuchu, sprawdzając istniejące i obiecujące modele. Pierwsze owoce już są - obserwowany obraz różni się nieco od tego, czego można się spodziewać na podstawie sprawdzonej i dobrze ugruntowanej teorii kosmologicznej.

Mówiąc najprościej, naukowcy mogą wykorzystać swoją wiedzę o podstawowych prawach natury i modelować zachowanie materii od początku jej istnienia. Na podstawie tej prognozy uzyskuje się oczekiwaną makroskopową strukturę wszechświata. W większości zgadza się z tym, co pokazują obserwacje. Mogą jednak występować różnice w szczegółach - rzucają one światło na ewentualne luki w wiedzy ludzkości.

Anomalia stwierdzona przy porównaniu danych DES i SPT jest najprościej opisana jako nieco większy „rozkład” materii lub niewystarczająca „grudkowatość”. Odchylenie jest dosłownie na granicy istotności, dlatego wymaga dokładnych testów w przyszłych badaniach.

Wśród potencjalnych wyjaśnień najbardziej prawdopodobne są trzy: błędy w pomiarach lub analizie danych, wpływ dżetów emitowanych przez supermasywne galaktyki, a także nieznane dotąd siły, których nie bierze się pod uwagę w modelu standardowym. Ta ostatnia opcja jest szczególnie interesująca, ponieważ to poszukiwanie faktów, które nie są zgodne z już przetestowanymi teoriami, posuwa naukę do przodu.