Efterglødet fra Big Bang peger på usynlig mørkt stof, på steder, hvor galaktiske jetfly rejser med nær lyshastighed.
Aktiv galakse, Hercules A, der viser omfattende radiostråler. Billede via NRAO.
Astronomer har brugt den kosmiske mikrobølgestråling - efterglødet fra Big Bang - til at lokalisere steder med usynlig mørk stof i vores univers. Mens det sker, korrelerer placeringerne af mørkt stof med steder, hvor stråler af materiale fra centre for massive aktive galakser bevæger sig med nær lyshastighed. Rupert Allison fra Oxford University ledede undersøgelsen, som han præsenterede denne uge (6. juli 2015) på det nationale astronomimøde i Wales.
Mystisk mørk stof tegner sig for omkring 26% af universets energiindhold. I moderne teorier om universet dannede galakser sig omkring koncentrationer af mørkt stof, da universet var ung. Mørk stof er usynlig, og ingen ved nøjagtigt hvad det er. Men det har en tyngdekrafteffekt: en klat mørkt stof trækker i normalt stof (som elektroner, protoner og neutroner) gennem sin egen tyngdekraft. Til sidst, tror dagens astronomer, bragte dette mørke stof det nødvendige materiale til at skabe galakser og deres stjerner.
Når astronomer ser ud i rummet - og derfor tilbage i tiden - ser de, at mange af de største galakser er aktive galakser med aktive supermassive sorte huller i deres kerner. I denne tidligere periode af universet udledes gas, der falder mod galaksenes centrale sorte huller, som jetfly af partikler og stråling. Strålerne strækker sig ofte i millioner af lysår fra deres værtsgalakse - langt større end om selve galaksen. Materialet i jetflyene bevæger sig udad fra galakseens kerne med næsten lyshastighed.
Galakser dannes omkring mørkt stof; derfor ville de mest massive galakser - dem, vi definerer som aktive galakser, med aktive sorte sorte huller og ledsagende jetfly - forventes at opholde sig i regioner i vores univers med højere end gennemsnitlige koncentrationer af mørkt stof.
Men da mørk stof er usynlig, er det ikke ligetil at teste denne idé.
Nogle mørke stoffer kan detekteres via gravitationslinsering, det vil sige effekten på lyset fra kraftige tyngdefelter, som beskrevet af Einsteins generelle relativitetsteori. Når man observerer, hvordan mørkt stof forvrænger lys, kan astronomer aflede sin placering og måle dens masse.
Mens det sker, har universet også, hvad Rupert Allison og hans team beskriver som "et ideelt referencekort" - den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB), eller et gennemtrængende ekko fra Big Bang. CMB er en relikvie af dannelsen af kosmos. Det er en øjebliksbillede af universet, som det var kun 400.000 år efter Big Bang. Lyset fra denne epoke har taget mere end 13 milliarder år at nå os.
Ved at analysere subtile forvrængninger i CMB var Rupert Allison, Sam Lindsay (Oxford) og Blake Sherwin (UC Berkeley) i stand til at lokalisere tætte områder med mørkt stof.
Eksempel på CMB-linsekort (øverst) og radiooverdensitetskort (nederst)
Lys fra denne meget tidlige tid rejser uhindret gennem det meste af universet. Den klumpede mørke stof udøver imidlertid en lille tyngdekraften på lyset og aflede den lidt fra en lige linje, snarere som en linse gør i et par briller.
Som mistænkt findes det mørke stof, hvor kraftige radiostråler fra aktive galakser er mere almindelige - hvilket afslører en dybtliggende sammenhæng mellem de mest massive galakser i dag og efterglødet fra Big Bang.
Hr. Allison kommenterede:
Uden mørkt stof ville store galakser ikke have dannet sig, og supermassive sorte huller ville ikke findes. Og uden sorte huller, ville vi ikke se intergalaktiske jetfly. Så vi har fundet en anden signatur af, hvordan mørk materie former dagens univers.
Disse videnskabsfolk håber nu at bruge nye instrumenter til at forbedre deres målinger og tydeligere forstå, hvordan radiojet og deres værtsgalakser ændrer sig over universets historie. De siger, at teleskoper som Advanced ACTPol og Square Kilometre Array vil give de supplerende data for at gøre dette håb til virkelighed.
Nederste linje: Astronomer brugte efterglødet fra Big Bang - den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB) - til at lokalisere steder med usynlig mørk stof i vores univers. Den mørke stof kan findes på steder, hvor galaktiske jetfly, der bevæger sig i nær lyshastighed, strækker sig fra midten af aktive galakser.Dette giver mening i henhold til moderne teorier om universet, der siger, at de mest massive galakser skal dannes omkring de tætteste koncentrationer af mørkt stof.