Σκοτεινή Ύλη – Φάσμα Υδρογόνου: Παρατηρώντας τη Σκοτεινή Ύλη μέσα από τα Διαγαλαξιακά Νέφη

Μια συσχέτιση μεταξύ της Κοσμικής Μικροκυματικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου (cosmic microwave background ή CMB) και των γραμμών απορρόφησης υδρογόνου μπορεί να αποκαλύψει σύνδεση μεταξύ σκοτεινή ύλης και διαγαλαξιακών νεφών αερίου.

Καθώς το φως ταξιδεύει στην Γη από τα μακρινά κβάζαρ, απορροφάται σε ορισμένες συχνότητες από το υδρογόνο στα διαγαλαξιακά νέφη, μια απορρόφηση που αποτυπώνεται με ένα «δάσος» γραμμών απορρόφησης στο φάσμα του φωτός. Μετρώντας αυτό το αποκαλούμενο «δάσος» Lyman-α(*) μπορεί να αποκαλύψει ιδιότητες των νεφών, βοηθώντας τους ερευνητές να ελέγξουν τα κοσμολογικά μοντέλα. Τώρα, ο Cyrille Doux στο Πανεπιστήμιο Diderot του Παρισιού και οι συνεργάτες του έδειξαν ότι μπορούν να λάβουν καινούρια αστροφυσική πληροφορία συνδυάζοντας τις γραμμές Lyman-α με φαινόμενα εστίασης στην CMB. Αυτή η συσχέτιση μπορεί να ρίξει φως στη σχέση μεταξύ των νεφών αερίου και της σκοτεινής ύλης.

Και τα δυο, το φάσμα Lyman-α και η εστίαση της CMB, είναι ευαίσθητα στην πυκνότητα της ύλης κατά μήκος της γραμμής όρασης του παρατηρητή. Ενώ τα σήματα Lyman-α μπορούν να σχετίζονται με την πυκνότητα των ατόμων υδρογόνου, η εστίαση, η οποία χαρακτηρίζει παραμορφώσεις της CMB που προκαλούνται από τη βαρύτητα, είναι ένας εξαιρετικός ανιχνευτής της σκοτεινής ύλης, του πιο πολυπληθούς τύπου ύλης στο σύμπαν. Χρησιμοποιώντας δεδομένα για την CMB από την αποστολή Planck, της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος (ESA) και φάσματα από κβάζαρ που συλλέχθηκαν από την Ψηφιακή Ουράνια Επισκόπηση Sloan, οι ερευνητές αποκάλυψαν ότι τα δυο σύνολα δεδομένων συσχετίζονταν. Ειδικότερα, βρήκαν ότι στις κατευθύνσεις κατά μήκος των οποίων η πυκνότητα της σκοτεινής ύλης είναι σχετικά υψηλή, οι διακυμάνσεις των σημάτων Lyman-α είναι επίσης μεγαλύτερες από το μέσο όρο.

Η ανίχνευση αυτής της συσχέτισης έχει δυο βασικές εφαρμογές. Πρώτον, θα βοηθήσει τους ερευνητές να χαρακτηρίσουν τις επιδράσεις των αστροφυσικών διεργασιών στις διακυμάνσεις στο «δάσος» Lyman-α. Δεύτερον, μπορεί να αποκαλύψει την επίδραση της σκοτεινής ύλης σχετικά με την κατανομή της ορατής ύλης στο διαγαλαξιακό χώρο, μια σημαντική βοήθεια στα κοσμολογικά μοντέλα.

*[Σημείωση egno: Lyman-alpha: είναι μια σειρά από γραμμές απορρόφησης στα φάσματα απομακρυσμένων γαλαξιών και κβάζαρ, που παράγονται από μεταπτώσεις ηλεκτρονίων, στο ουδέτερο άτομο του υδρογόνου, από το ενεργειακό επίπεδο n=2 στο επίπεδο n=1. Η μετάπτωση (άλμα) από το ενεργειακό επίπεδο 3 στο 1 είναι η σειρά Lyman-β, από 4 στο 1 είναι η Lyman-γ κλπ. (βλέπε σχήμα)]

Πηγή: American Physical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: First detection of cosmic microwave background lensing and Lyman-α forest bispectrum. Physical Review D 94.