Door vervormde beelden van de kosmische microgolfachtergrond - het vroegst detecteerbare licht - kunnen astronomen de totale hoeveelheid zichtbare en onzichtbare materie in het hele universum in kaart brengen.
Ongeveer 85 procent van alle materie in het universum is donkere materie, onzichtbaar voor zelfs de krachtigste telescopen, maar detecteerbaar door zijn zwaartekracht.
Om donkere materie te vinden, zoeken astronomen naar een effect dat zwaartekrachtlensing wordt genoemd: wanneer de zwaartekracht van donkere materie het licht buigt en versterkt van een verder weg gelegen object. In zijn meest excentrieke vorm resulteert het in meerdere boogvormige beelden van verre kosmische objecten.
Maar er is één waarschuwing: om donkere materie te detecteren, moet er een object direct achter staan. De ‘sterren’ moeten worden uitgelijnd.
In een recent onderzoek onder leiding van Dr. James Geach van de University of Hertfordshire in het Verenigd Koninkrijk, hebben astronomen hun ogen gericht op de kosmische microgolfachtergrond (CMB).
"De CMB is het verste / oudste licht dat we kunnen zien", vertelde Dr. Geach aan Space Magazine. "Het kan worden gezien als een oppervlak dat het hele universum verlicht."
De fotonen van de CMB slingeren naar de aarde sinds het universum slechts 380.000 jaar oud was. Een enkel foton heeft de kans gehad om veel materie tegen te komen, omdat het alle materie in het universum langs zijn gezichtslijn effectief heeft onderzocht.
"Dus onze kijk op de CMB is een beetje vertekend van hoe het er in wezen uitziet - een beetje zoals kijken naar het patroon op de bodem van een zwembad," zei Dr. Geach.
Door de kleine vervormingen in de CMB op te merken, kunnen we alle donkere materie door het hele universum onderzoeken. Maar juist dit doen is buitengewoon uitdagend.
Het team observeerde de zuidelijke hemel met de South Pole Telescope, een telescoop van 10 meter die is ontworpen voor observaties in de magnetron. Dit grote, baanbrekende onderzoek leverde een CMB-kaart van de zuidelijke hemel op, die consistent was met eerdere CMB-gegevens van de Planck-satelliet.
De karakteristieke kenmerken van gravitationele lensing door tussenliggende materie kunnen niet met het oog worden geëxtraheerd. Astronomen vertrouwden op het gebruik van een goed ontwikkelde wiskundige procedure. We gaan niet in op de vervelende details.
Dit leverde een 'kaart op van de totale geprojecteerde massadichtheid tussen ons en de CMB. Dat is ongelooflijk als je erover nadenkt - het is een observatietechniek om de hele massa in het universum in kaart te brengen, helemaal terug naar de CMB, 'legde Dr. Geach uit.
Maar het team heeft hun analyse daar niet afgemaakt. In plaats daarvan gingen ze door met het meten van de CMB-lensing op de posities van quasars - krachtige superzware zwarte gaten in de centra van de vroegste sterrenstelsels.
"We ontdekten dat gebieden aan de hemel met een grote dichtheid aan quasars een duidelijk sterker CMB-lenssignaal hebben, wat impliceert dat quasars zich inderdaad in grootschalige materiestructuren bevinden," Dr. Ryan Hickox van Dartmouth College - tweede auteur van de studie - vertelde Space Magazine.
Ten slotte werd de CMB-kaart gebruikt om de massa van deze donkere materie-halo's te bepalen. Deze resultaten kwamen overeen met de resultaten die werden bepaald in oudere studies, waarin werd gekeken naar hoe de quasars in de ruimte samenkwamen, zonder enige verwijzing naar de CMB.
Consistente resultaten tussen twee onafhankelijke metingen is een krachtig wetenschappelijk hulpmiddel. Volgens Dr. Hickox laat het zien dat "we een goed begrip hebben van hoe superzware zwarte gaten zich in grootschalige structuren bevinden, en dat (opnieuw) Einstein gelijk had."
De paper is geaccepteerd voor publicatie in de Astrophysical Journal Letters en kan hier worden gedownload.
