Materia e errët e hershme mund të ketë shkaktuar formimin e një numri të madh galaksish të shndritshme, shumë herët në univers, sipas një studimi të ri. Kjo forcë misterioze e panjohur mund të ketë bërë që farat e hershme të galaksive (të përshkruara në të majtë) të çelin shumë më shumë galaksi të ndritshme (në të djathtë) sesa parashikon teoria. Kredit: Josh Borrow/Thesan Team. Një studim i ri nga fizikantët e MIT propozon që një forcë misterioze e njohur si materia e errët e hershme mund të zgjidhë dy nga enigmat më të mëdha në kozmologji dhe të plotësojë disa boshllëqe të mëdha në kuptimin tonë të zhvillimit të hershëm të universit.
Një nga enigmat në fjalë është “tensioni i Hubble-it”, i cili i referohet një mospërputhjeje në matjet e shpejtësisë së zgjerimit të universit. Enigma tjetër përfshin vëzhgimet e një numri të madh galaksish të ndritshme të hershme që ekzistonin në një kohë kur universi i hershëm duhet të kishte qenë shumë më pak i populluar.
Tani, ekipi i MIT ka gjetur se të dyja enigmat mund të zgjidhen nëse universi i hershëm do të kishte një përbërës shtesë, të shkurtër: materien e errët të hershme. Materia e errët është një formë e panjohur e materies që fizikantët dyshojnë se po shtyn zgjerimin e universit sot.
Materia e errët e hershme është një fenomen i ngjashëm, hipotetik, që mund të ketë bërë vetëm një paraqitje të shkurtër, duke ndikuar në zgjerimin e universit në momentet e tij të para para se të zhdukej plotësisht.
Disa fizikantë kanë dyshuar se materia e errët e hershme mund të jetë çelësi për zgjidhjen e tensionit të Hubble-it, pasi kjo forcë misterioze mund të përshpejtojë zgjerimin e hershëm të universit në një mënyrë që do të zgjidhte mospërputhjen e matjeve.
Studiuesit e MIT tani kanë zbuluar se materia e errët e hershme mund të shpjegojë gjithashtu numrin e habitshëm të galaksive të ndritshme që astronomët kanë vëzhguar në universin e hershëm. Në studimin e tyre të ri, të raportuar në “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”, ekipi modeloi formimin e galaksive në qindra milionat e viteve të para të universit.
Kur ata përfshinë një komponent të mteries së errët vetëm në atë copëz të parë kohe, ata zbuluan se numri i galaksive që dolën nga mjedisi primordialis u rrit për t’u përshtatur me vëzhgimet e astronomëve.
“Ju keni këto dy enigma të hapura,” thotë bashkëautori i studimit Rohan Naidu, një postdoktorant në Institutin Kavli për Kërkime Astrofizike dhe Hapësinore të MIT. “Ne zbulojmë se, në fakt, materia e errët e hershme është një zgjidhje shumë elegante dhe e thjeshtë për dy nga problemet më të ngutshme në kozmologji.”
Bashkautorët e studimit përfshijnë autorin kryesor dhe postdoktorantin e Kavli-t Xuejian (Jacob) Shen, dhe profesorin e fizikës në MIT Mark Vogelsberger, së bashku me Michael Boylan-Kolchin në Universitetin e Teksasit në Austin dhe Sandro Tacchella në Universitetin e Kembrixhit.
Dritat e qytetit të madh Bazuar në modelet standarde të kozmologjisë dhe formimit të galaksive, universi duhet të kishte marrë kohën e tij për të krijuar galaksitë e para. Do të duheshin miliarda vjet që gazi primitiv të kondensohej në galaksi aq të mëdha dhe të ndritshme sa Rruga e Qumështit.
Por në vitin 2023, Teleskopi Hapësinor James Webb (JWST) i NASA-s bëri një vëzhgim befasues. Me një aftësi për të shikuar më larg në kohë se çdo observator deri më sot, teleskopi zbuloi një numër të papritur të galaksive të ndritshme të mëdha sa Rruga e Qumështit moderne brenda 500 milionë viteve të para, kur universi ishte vetëm 3% e moshës së tij aktuale.
“Galaktikat e ndritshme që pa JWST do të ishin si të shihnim një grumbullim dritash rreth qyteteve të mëdha, ndërsa teoria parashikon diçka si drita rreth vendeve rurale si Parku Kombëtar Yellowstone,” thotë Shen. “Dhe nuk presim atë grumbullim të dritës kaq herët.”
Për fizikantët, vëzhgimet nënkuptojnë se ose ka diçka thelbësisht të gabuar me fizikën që qëndron pas modeleve, ose një përbërës që mungon në universin e hershëm që shkencëtarët nuk e kanë llogaritur. Ekipi i MIT eksploroi mundësinë e këtij të fundit, dhe nëse përbërësi që mungon mund të jetë materia e errët e hershme.
Fizikantët kanë propozuar që materia e errët e hershme është një lloj force antigravitacionale që aktivizohet vetëm në kohët shumë të hershme. Kjo forcë do të kundërshtonte tërheqjen e brendshme të gravitetit dhe do të përshpejtonte zgjerimin e hershëm të universit në një mënyrë që do të zgjidhte mospërputhjen e matjeve. Materia e errët e hershme, pra, konsiderohet si zgjidhja më e mundshme për tensionin e Hubble-it.
Skeleti i galaksisë Ekipi i MIT eksploroi nëse materia e errët e hershme mund të ishte gjithashtu çelësi për shpjegimin e popullimit të papritur të galaksive të mëdha dhe të ndritshme të zbuluara nga JWST. Në studimin e tyre të ri, fizikantët konsideruan se si materia e errët e hershme mund të ndikojë në strukturën e hershme të universit që dha jetë galaksive të para. Ata u përqendruan në formimin e halove të materies së errët—rajonet e hapësirës ku graviteti ndodh të jetë më i fortë dhe ku materia fillon të grumbullohet.
“Ne besojmë se halot e materies së errët janë skeleti i padukshëm i universit,” shpjegon Shen. “Strukturat e materies së errët formohen së pari, dhe pastaj galaktikat formohen brenda këtyre strukturave. Pra, presim që numri i galaksive të ndritshme të jetë proporcional me numrin e halove të mëdha të materies së errët.”
Ekipi zhvilloi një kornizë empirike për formimin e galaksive të hershme, e cila parashikon numrin, shkëlqimin dhe madhësinë e galaksive që duhet të formohen në universin e hershëm, duke marrë disa matje të “parametrave kozmologjikë”. Parametrat kozmologjikë janë përbërësit bazë, ose termat matematikorë, që përshkruajnë evolucionin e universit.
Fizikantët kanë përcaktuar se ekzistojnë të paktën gjashtë parametra kryesorë kozmologjikë, njëri prej të cilëve është konstanta e Hubble-it—një term që përshkruan shkallën e zgjerimit të universit. Parametra të tjerë përshkruajnë luhatjet e densitetit në supën primordiale, menjëherë pas Big Bengut, nga e cila eventualisht formohen halot e materies së errët.
Ekipi i MIT mendoi se nëse materia e errët e hershme ndikon në shkallën e zgjerimit të hershëm të universit në një mënyrë që zgjidh tensionin e Hubble-it, atëherë ajo mund të ndikojë në ekuilibrin e parametrave të tjerë kozmologjikë, në një mënyrë që mund të rrisë numrin e galaksive të ndritshme që shfaqen në kohët e hershme.
Për të testuar teorinë e tyre, ata përfshinë një model të materies së errët të hershme (të njëjtin që zgjidh tensionin e Hubble-it) në një kornizë empirike të formimit të galaksive për të parë se si evoluojnë strukturat më të hershme të materies së errët dhe japin jetë galaksive të para.
“Ajo që tregojmë është se struktura skeletore e universit të hershëm është ndryshuar në një mënyrë delikate ku amplituda e luhatjeve rritet, dhe ju merrni halot më të mëdha dhe galaksi më të ndritshme që janë në vend më herët, më shumë sesa në modelet tona më të zakonshme,” thotë Naidu. “Do të thotë që gjërat ishin më të shumta dhe më të grumbulluara në universin e hershëm.”
“A priori, nuk do të kisha pritur që bollëku i galaksive të ndritshme të hershme të JWST të kishte ndonjë lidhje me materien e errët të hershme, por vëzhgimi i tyre që EDE shtyn parametrat kozmologjikë në një drejtim që rrit bollëkun e galaksive të hershme është interesant,” thotë Marc Kamionkowski, profesor i fizikës teorike në Universitetin Johns Hopkins, i cili nuk ishte i përfshirë në studim.
“Mendoj se do të duhet më shumë punë për të krijuar një lidhje midis galaksive të hershme dhe EDE, por pavarësisht se si do të shkojnë gjërat, është diçka e zgjuar—dhe shpresojmë përfundimisht e frytshme—për t’u provuar.”
“Ne demonstruam potencialin e materies së errët të hershme si një zgjidhje e unifikuar për dy çështjet kryesore që ka kozmologjia. Kjo mund të jetë një provë për ekzistencën e saj nëse gjetjet vëzhguese të JWST konsolidohen më tej,” përfundon Vogelsberger.
“Në të ardhmen, ne mund ta përfshijmë këtë në simulimet e mëdha kozmologjike për të parë se çfarë parashikimesh të hollësishme marrim.”
