কিভাবে অদৃশ্য দেখতে হয়: আমাদের মহাজাগতিক মডেল পরীক্ষা করতে ডার্ক ম্যাটার ডিস্ট্রিবিউশন ব্যবহার করে

প্লেটো দ্বারা প্রকাশিত

অনুসরণকারী: 0

এপ্রিল 08, 2023 (নানোওয়ার্ক নিউজ) It feels like a classical paradox: How do you see the invisible? But for modern astronomers, it is a very real challenge: How do you measure dark matter, which by definition emits no light? The answer: You see how it impacts things that you can see. In the case of dark matter, astronomers watch how light from distant galaxies bends around it. An international team of astrophysicists and cosmologists have spent the past year teasing out the secrets of this elusive material, using sophisticated computer simulations and the observations from the one of the most powerful astronomical cameras in the world, the Hyper Suprime-Cam (HSC). The team is led by astronomers from Princeton University and the astronomical communities of Japan and Taiwan, using data from the first three years of the HSC sky survey, a wide-field imaging survey carried out with the 8.2-meter Subaru telescope on the summit of Maunakea in Hawai’i. Subaru is operated by the National Astronomical Observatory of Japan; its name is the Japanese word for the cluster of stars we call the Pleiades. The team presented their findings at a webinar attended by more than 200 people, and they will share their work at the “Future Science with CMB x LSS” conference in Japan.

[এম্বেড করা সামগ্রী]

"আমাদের সামগ্রিক লক্ষ্য হল আমাদের মহাবিশ্বের কিছু মৌলিক বৈশিষ্ট্য পরিমাপ করা," বলেছেন প্রিন্সটনের অ্যাস্ট্রোফিজিক্সের স্নাতক ছাত্র রুহি দালাল৷ "আমরা জানি যে ডার্ক এনার্জি এবং ডার্ক ম্যাটার আমাদের মহাবিশ্বের 95% তৈরি করে, কিন্তু তারা আসলে কী এবং মহাবিশ্বের ইতিহাসে তারা কীভাবে বিবর্তিত হয়েছে সে সম্পর্কে আমরা খুব কমই বুঝি। অন্ধকার পদার্থের গুচ্ছ দুর্বল মহাকর্ষীয় লেন্সিংয়ের মাধ্যমে দূরবর্তী ছায়াপথের আলোকে বিকৃত করে, আইনস্টাইনের আপেক্ষিকতার সাধারণ তত্ত্ব দ্বারা পূর্বাভাস দেওয়া একটি ঘটনা। এই বিকৃতি একটি সত্যিই, সত্যিই ছোট প্রভাব; একটি একক ছায়াপথের আকৃতি একটি অদৃশ্য পরিমাণ দ্বারা বিকৃত হয়। কিন্তু যখন আমরা 25 মিলিয়ন গ্যালাক্সির জন্য সেই পরিমাপ করি, তখন আমরা বেশ উচ্চ নির্ভুলতার সাথে বিকৃতি পরিমাপ করতে সক্ষম হই।" পাঞ্চলাইনে ঝাঁপ দিতে: দলটি মহাবিশ্বের অন্ধকার পদার্থের "জড়তা" এর জন্য একটি মান পরিমাপ করেছে (কসমোলজিস্টদের কাছে "এস" নামে পরিচিত8”) 0.776, যা অন্যান্য মহাকর্ষীয় লেন্সিং সমীক্ষাগুলি তুলনামূলকভাবে সাম্প্রতিক মহাবিশ্বের দিকে তাকানোর ক্ষেত্রে যে মানগুলি খুঁজে পেয়েছে তার সাথে সারিবদ্ধ করে — তবে এটি মহাজাগতিক মাইক্রোওয়েভ পটভূমি থেকে প্রাপ্ত 0.83 এর মানের সাথে সারিবদ্ধ নয়, যা মহাবিশ্বের উত্স থেকে প্রাপ্ত। এই দুটি মানের মধ্যে ব্যবধানটি ছোট, কিন্তু যত বেশি সংখ্যক অধ্যয়ন দুটি মানের প্রতিটি নিশ্চিত করে, এটি দুর্ঘটনাজনিত বলে মনে হয় না। অন্যান্য সম্ভাবনাগুলি হল যে এই দুটি পরিমাপের একটিতে এখনও কিছু অচেনা ত্রুটি বা ভুল আছে বা স্ট্যান্ডার্ড মহাজাগতিক মডেল কিছু আকর্ষণীয় উপায়ে অসম্পূর্ণ। প্রিন্সটনের অ্যাস্ট্রোফিজিক্যাল সায়েন্সেস বিভাগের চেয়ারম্যান এবং এইচএসসি দলের অন্যতম নেতা মাইকেল স্ট্রস বলেন, “আমরা এখনও এখানে মোটামুটি সতর্ক রয়েছি। “আমরা বলছি না যে আমরা এইমাত্র আবিষ্কার করেছি যে আধুনিক সৃষ্টিতত্ত্ব সবই ভুল, কারণ রুহি যেমন জোর দিয়েছেন, আমরা যে প্রভাব পরিমাপ করছি তা খুবই সূক্ষ্ম। এখন, আমরা মনে করি আমরা সঠিক পরিমাপ করেছি। এবং পরিসংখ্যান দেখায় যে 20 টির মধ্যে একটি মাত্র সুযোগ রয়েছে যে এটি শুধুমাত্র সুযোগের কারণে হয়েছে, যা বাধ্যতামূলক কিন্তু সম্পূর্ণরূপে নিশ্চিত নয়। কিন্তু আমরা জ্যোতির্বিজ্ঞান সম্প্রদায়ের একাধিক পরীক্ষায় একই সিদ্ধান্তে উপনীত হই, আমরা এই পরিমাপগুলি করতে থাকি, সম্ভবত আমরা খুঁজে পাচ্ছি যে এটি বাস্তব।" কৃত্তিকা

পশ্চিমা জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের কাছে প্লিয়েডস নামে পরিচিত এই তারার ক্লাস্টারটি জাপানে সুবারু নামে পরিচিত এবং হাওয়াইয়ের মাউনাকেয়ার চূড়ায় অবস্থিত 8.2-মিটার সুবারু টেলিস্কোপের নাম দেয়। সুবারু জাপানের ন্যাশনাল অ্যাস্ট্রোনমিক্যাল অবজারভেটরি দ্বারা পরিচালিত হয়। (ছবি: NASA, ESA, AURA/Caltech, Palomar Observatory)

তথ্য গোপন এবং উন্মোচন

The idea that some change is needed in the standard cosmological model, that there is some fundamental piece of cosmology yet to be discovered, is a deliciously enticing one for some scientists. “We are human beings, and we do have preferences. That’s why we do what we call a ‘blinded’ analysis,” Strauss said. “Scientists have become self-aware enough to know that we will bias ourselves, no matter how careful we are, unless we carry out our analysis without allowing ourselves to know the results until the end. For me, I would love to really find something fundamentally new. That would be truly exciting. But because I am prejudiced in that direction, we want to be very careful not to let that influence any analysis that we do.” To protect their work from their biases, they quite literally hid their results from themselves and their colleagues — month after month after month. “I worked on this analysis for a year and didn’t get to see the values that were coming out,” said Dalal. The team even added an extra obfuscating layer: they ran their analyses on three different galaxy catalogs, one real and two with numerical values offset by random values. “We didn’t know which of them was real, so even if someone did accidentally see the values, we wouldn’t know if the results were based on the real catalog or not,” she said. On February 16, the international team gathered together on Zoom — in the evening in Princeton, in the morning in Japan and Taiwan — for the “unblinding.” “It felt like a ceremony, a ritual, that we went through,” Strauss said. “We unveiled the data, and ran our plots, immediately we saw it was great. Everyone went, ‘Oh, whew!’ and everyone was very happy.” Dalal and her roommate popped a bottle of champagne that night.

বিশ্বের সবচেয়ে বড় টেলিস্কোপ ক্যামেরা নিয়ে বিশাল জরিপ

HSC হল বিশ্বের তার আকারের একটি টেলিস্কোপে সবচেয়ে বড় ক্যামেরা, এটি 2024 সালের শেষের দিকে ভেরা সি. রুবিন অবজারভেটরি যা বর্তমানে নির্মাণাধীন চিলির অ্যান্ডিসে নির্মাণাধীন, 420 সালের শেষের দিকে মহাকাশ ও সময়ের উত্তরাধিকার সমীক্ষা শুরু না হওয়া পর্যন্ত এটি ধরে থাকবে। প্রকৃতপক্ষে, এইচএসসির কাঁচা ডেটা LSST-এর জন্য ডিজাইন করা সফ্টওয়্যার দিয়ে প্রক্রিয়া করা হয়। "এটা আকর্ষণীয় যে আমাদের সফ্টওয়্যার পাইপলাইনগুলি LSST-এর আগে এত বড় পরিমাণে ডেটা পরিচালনা করতে সক্ষম," প্রিন্সটনের একজন সহযোগী গবেষণা পণ্ডিত আন্দ্রেস প্লাজাস বলেছেন৷ গবেষণা দলটি যে জরিপটি ব্যবহার করেছে তা আকাশের প্রায় 2000 বর্গ ডিগ্রী জুড়ে, প্রায় 25 পূর্ণ চাঁদের সমতুল্য। এটি আকাশের একটি একক সংলগ্ন খণ্ড নয়, তবে ছয়টি বিভিন্ন টুকরোতে বিভক্ত, প্রতিটিটি আপনি একটি প্রসারিত মুষ্টি দিয়ে ঢেকে রাখতে পারেন এমন আকারের সম্পর্কে। তারা জরিপ করা 25 মিলিয়ন গ্যালাক্সিগুলি এতটাই দূরবর্তী যে এই ছায়াপথগুলিকে আজকের মতো দেখার পরিবর্তে, এইচএসসি রেকর্ড করেছে তারা কোটি কোটি বছর আগে কীভাবে ছিল। এই গ্যালাক্সিগুলির প্রত্যেকটি কয়েক বিলিয়ন সূর্যের আগুনে জ্বলজ্বল করে, কিন্তু যেহেতু তারা অনেক দূরে, তারা অত্যন্ত ক্ষীণ, যতটা অস্পষ্ট নক্ষত্র আমরা খালি চোখে দেখতে পারি তার চেয়ে XNUMX মিলিয়ন গুণ বেশি ক্ষীণ। কেমব্রিজ ইউনিভার্সিটির সিনিয়র কাভলি ফেলো এবং কসমোলজিস্ট আলেকজান্দ্রা আমন বলেছেন, "এইচএসসি সহযোগিতার এই ফলাফলগুলি দেখতে অত্যন্ত উত্তেজনাপূর্ণ, বিশেষ করে যেহেতু এই ডেটা রুবিন অবজারভেটরি থেকে আমরা যা আশা করি তার সবচেয়ে কাছাকাছি, যেটির জন্য সম্প্রদায় একসাথে কাজ করছে" ট্রিনিটি কলেজের সিনিয়র গবেষক, যিনি এই গবেষণায় জড়িত ছিলেন না। “তাদের গভীর জরিপ সুন্দর ডেটা তৈরি করে। আমার জন্য, এটা কৌতূহলজনক যে HSC, অন্যান্য স্বাধীন দুর্বল লেন্সিং সমীক্ষার মতো, S-এর জন্য কম মান নির্দেশ করে8 — এটি গুরুত্বপূর্ণ বৈধতা, এবং উত্তেজনাপূর্ণ যে এই উত্তেজনা এবং প্রবণতাগুলি আমাদেরকে বিরতি দিতে এবং চিন্তা করতে বাধ্য করে যে ডেটা আমাদের মহাবিশ্ব সম্পর্কে আমাদের কী বলছে!”

আদর্শ মহাজাগতিক মডেল

কসমোলজির স্ট্যান্ডার্ড মডেল কিছু উপায়ে "আশ্চর্যজনকভাবে সহজ", ব্যাখ্যা করেছেন বন বিশ্ববিদ্যালয়ের আন্দ্রিনা নিকোলা, যিনি দালালকে এই প্রকল্পে পরামর্শ দিয়েছিলেন যখন তিনি প্রিন্সটনে পোস্টডক্টরাল পণ্ডিত ছিলেন। মডেলটি দাবি করে যে মহাবিশ্ব শুধুমাত্র চারটি মৌলিক উপাদান দ্বারা গঠিত: সাধারণ পদার্থ (পরমাণু, বেশিরভাগ হাইড্রোজেন এবং হিলিয়াম), অন্ধকার পদার্থ, অন্ধকার শক্তি এবং ফোটন। স্ট্যান্ডার্ড মডেল অনুসারে, মহাবিশ্ব 13.8 বিলিয়ন বছর আগে বিগ ব্যাং থেকে সম্প্রসারিত হয়েছে: এটি প্রায় পুরোপুরি মসৃণভাবে শুরু হয়েছিল, কিন্তু মহাবিশ্বের সূক্ষ্ম ওঠানামার উপর মাধ্যাকর্ষণ টান কাঠামো তৈরি করেছে — গ্যালাক্সিগুলি অন্ধকার পদার্থের ঝাঁকে ঢেকে আছে — গঠন করতে. বর্তমান মহাবিশ্বে, সাধারণ পদার্থ, অন্ধকার পদার্থ, অন্ধকার শক্তির আপেক্ষিক অবদান প্রায় 5%, 25% এবং 70% এবং ফোটন থেকে একটি ক্ষুদ্র অবদান। স্ট্যান্ডার্ড মডেলটি শুধুমাত্র কয়েকটি সংখ্যা দ্বারা সংজ্ঞায়িত করা হয়: মহাবিশ্বের সম্প্রসারণের হার; ডার্ক ম্যাটার কতটা এলোমেলো তার একটি পরিমাপ (এস8); মহাবিশ্বের উপাদানগুলির আপেক্ষিক অবদান (উপরের 5%, 25%, 70% সংখ্যা); মহাবিশ্বের সামগ্রিক ঘনত্ব; এবং একটি প্রযুক্তিগত পরিমাণ বর্ণনা করে যে কীভাবে বৃহৎ স্কেলে মহাবিশ্বের জটলা ছোট স্কেলের সাথে সম্পর্কিত। "এবং এটি মূলত এটি!" স্ট্রস বলেছেন। "আমরা, মহাজাগতিক সম্প্রদায়, এই মডেলটিতে একত্রিত হয়েছি, যা 2000 এর দশকের শুরু থেকে চলে আসছে।" কসমোলজিস্টরা বিভিন্ন উপায়ে এই সংখ্যাগুলিকে সীমাবদ্ধ করে এই মডেলটি পরীক্ষা করতে আগ্রহী, যেমন মহাজাগতিক মাইক্রোওয়েভ পটভূমিতে ওঠানামা পর্যবেক্ষণ করে (যা মূলত মহাবিশ্বের শিশুর ছবি, এটির প্রথম 400,000 বছর পরে এটি কেমন ছিল তা ক্যাপচার করা), সম্প্রসারণের মডেলিং মহাবিশ্বের ইতিহাস, তুলনামূলকভাবে সাম্প্রতিক অতীতে মহাবিশ্বের জড়তা পরিমাপ, এবং অন্যান্য। "আমরা সম্প্রদায়ের মধ্যে একটি ক্রমবর্ধমান অনুভূতি নিশ্চিত করছি যে প্রাথমিক মহাবিশ্বে (সিএমবি থেকে পরিমাপ করা হয়েছে) এবং গ্যালাক্সির যুগ থেকে, 'মাত্র' 9 বিলিয়ন বছর আগে ক্লাম্পিংয়ের পরিমাপের মধ্যে একটি সত্যিকারের অমিল রয়েছে," বলেন অরুণ কান্নাওয়াড়ি, প্রিন্সটনের একজন সহযোগী গবেষণা পণ্ডিত যিনি বিশ্লেষণে জড়িত ছিলেন।

আক্রমণের পাঁচ লাইন

Dalal’s work does a so-called Fourier-space analysis; a parallel real-space analysis was led by Xiangchong Li of Carnegie Mellon University, who worked in close collaboration with Rachel Mandelbaum, who completed her physics A.B. in 2000 and her Ph.D. in 2006, both from Princeton. A third analysis, a so-called 3×2-point analysis, takes a different approach of measuring the gravitational lensing signal around individual galaxies, to calibrate the amount of dark matter associated with each galaxy. That analysis was led by Sunao Sugiyama of the University of Tokyo, Hironao Miyatake (a former Princeton postdoctoral fellow) of Nagoya University and Surhud More of the Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics in Pune, India. These five sets of analyses each use the HSC data to come to the same conclusion about S8. Doing both the real-space analysis and the Fourier-space analysis “was sort of a sanity check,” said Dalal. She and Li worked closely to coordinate their analyses, using blinded data. Any discrepancies between those two would say that the researchers’ methodology was wrong. “It would tell us less about astrophysics and more about how we might have screwed up,” Dalal said. “We didn’t know until the unblinding that two results were bang-on identical,” she said. “It felt miraculous.” Sunao added: “Our 3×2-point analysis combines the weak lensing analysis with the clustering of galaxies. Only after unblinding did we know that our results were in beautiful agreement with those of Roohi and Xiangchong. The fact that all these analyses are giving the same answer gives us confidence that we’re doing something right!”