Door Einsteins relativiteitstheorie te combineren met een van de krachtigste telescopen ter wereld, heeft een internationaal team van onderzoekers kunnen meten waar en hoe structuren van donkere materie in het universum groeien. Hun analyse suggereert dat kosmische structuren mogelijk langzamer evolueren dan eerder werd voorspeld.

Een team onder leiding van het Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe construeerde een kaart van donkere materie door de geschiedenis van het universum door beelden van meer dan tien miljoen sterrenstelsels te analyseren. De resultaten lijken het huidige begrip van de fundamentele natuurwetten in twijfel te trekken.

"Als uit verdere gegevens blijkt dat we zeker gelijk hebben, dan suggereert het dat er iets ontbreekt aan ons huidige begrip van het standaardmodel en de algemene relativiteitstheorie, " zegt natuurkundige Chiaki Hikage.

Volgens de algemene relativiteitstheorie van Einstein, zwaartekracht vervormt ruimte en tijd. Daten, deze theorie heeft met succes de uitdijing van het heelal voorspeld, het bestaan ​​van zwarte gaten, en het afbuigen van licht van verre stellaire objecten. Als kosmologen bevestigen dat het waargenomen heelal langzamer evolueert dan de theorie voorspelt, het zou betekenen dat een hele tak van de natuurkunde nog niet is ontdekt.

Donkere materie is verantwoordelijk voor de vorming van sterrenstelsels, en donkere energie is verantwoordelijk voor het versnellen van de voortdurende expansie van het universum. Samen, ze vormen 95 procent van het universum. Het in kaart brengen van de dichtheid van donkere materie in het huidige universum en het reconstrueren van historische kaarten van donkere materie die 13 miljard jaar teruggaan, zou kunnen helpen om veranderingen in donkere materie in de loop van de tijd te bestuderen. Een dergelijke vergelijking zou ook kunnen verhelderen hoe donkere energie de groei van donkere materie in het universum heeft beïnvloed.

Donkere materie is niet zichtbaar, maar de effecten ervan zijn te zien op de vorm van sterrenstelsels. Aangezien de zwaartekracht van alle materie, inclusief onzichtbare donkere materie, buigt het pad van het licht, verre sterrenstelsels lijken vervormd voor waarnemers op aarde. Onderzoekers kunnen berekenen hoe de donkere materie in het heelal is verdeeld door de vervormingen van sterrenstelsels.

Hikage en zijn team analyseerden beelden van tien miljoen sterrenstelsels van de Hyper Suprime-Cam (HSC) Survey. Deze 870 megapixelcamera, bevestigd aan de 8,2-meter Subaru-telescoop op de top van Maunakea, Hawaii, onderzoekt de hemel, het tekenen van een gedetailleerde kaart van het heelal. Het stelt onderzoekers in staat om sterrenstelsels miljarden lichtjaren van de aarde te bestuderen. Deze sterrenstelsels bestonden miljarden jaren geleden, maar hun licht bereikt vandaag pas de aarde, waardoor het voor onderzoekers mogelijk wordt om het heelal vanaf de kinderschoenen te bestuderen.

Met behulp van de informatie uit deze afbeeldingen, de onderzoekers waren in staat om de meest gedetailleerde driedimensionale kaart van donkere materie in het universum tot nu toe te maken. De kaart kwam overeen met eerdere studies. Echter, het suggereert ook dat kosmische structuren mogelijk langzamer evolueren dan voorspeld door andere onderzoeksteams.

Hikage legt uit dat er meer data nodig is. "Met een beetje meer werk, als we een betere nauwkeurigheid kunnen krijgen, misschien kunnen we iets concreets vinden. Dit is voor mij een grote motiverende factor."

De onderzoekers zullen doorgaan met het analyseren van meer HSC Survey-gegevens, waardoor ze dichter bij de ontdekking komen of de wetenschap haar regels over het universum moet herschrijven.