สสารมืดและพลังงานมืดที่มองไม่เห็นคิดเป็นสัดส่วนประมาณ 95% ของมวลและพลังงานทั้งหมดของเอกภพ และ 5% ส่วนใหญ่ที่ถือว่าเป็นสสารธรรมดานั้นส่วนใหญ่มองไม่เห็นเช่นกัน เช่น ก๊าซที่บริเวณรอบนอกของดาราจักรที่ประกอบเป็น เรียกว่ารัศมี

สสารธรรมดาส่วนใหญ่นี้ประกอบด้วยนิวตรอนและโปรตอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่เรียกว่าแบริออน ซึ่งมีอยู่ในนิวเคลียสของอะตอม เช่น ไฮโดรเจนและฮีเลียม มีเพียงประมาณ 10% ของสสารแบริออนเท่านั้นที่อยู่ในรูปของดาวฤกษ์ และส่วนที่เหลือส่วนใหญ่อาศัยอยู่ในช่องว่างระหว่างดาราจักรในเกลียวของสสารที่ร้อนและกระจายออกซึ่งเรียกว่าตัวกลางระหว่างดาราจักรร้อนร้อนหรือ WHIM

เนื่องจาก baryons กระจัดกระจายในอวกาศ จึงเป็นเรื่องยากสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่จะได้ภาพที่ชัดเจนของตำแหน่งและความหนาแน่นของพวกมันรอบดาราจักร เนื่องจากภาพที่ไม่สมบูรณ์ของที่ซึ่งสสารธรรมดาอาศัยอยู่ บาริออนส่วนใหญ่ของเอกภพจึงถือได้ว่า "หายไป"

ขณะนี้ ทีมนักวิจัยนานาชาติซึ่งมีผลงานสำคัญจากนักฟิสิกส์ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) ของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ และมหาวิทยาลัย Cornell ได้ทำแผนที่ตำแหน่งของ baryons ที่หายไปเหล่านี้โดยให้การวัดที่ดีที่สุดจนถึงปัจจุบัน ตำแหน่งและความหนาแน่นรอบกลุ่มดาราจักร

ปรากฎว่าแบริออนอยู่ในรัศมีดาราจักร และรัศมีเหล่านี้ขยายออกไปไกลกว่าแบบจำลองยอดนิยมที่คาดการณ์ไว้มาก แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วดาวฤกษ์ของดาราจักรแต่ละดวงจะอยู่ภายในบริเวณที่อยู่ห่างจากใจกลางดาราจักรประมาณ 100,000 ปีแสง การวัดเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าสำหรับกลุ่มดาราจักรกลุ่มใดกลุ่มหนึ่ง แบริออนที่อยู่ไกลที่สุดสามารถขยายออกไปได้ประมาณ 6 ล้านปีแสงจากดาวฤกษ์ของดาราจักรเหล่านี้ ศูนย์กลาง.

ในทางตรงกันข้าม สสารที่หายไปนี้ทำแผนที่ได้ยากกว่าสสารมืด ซึ่งเราสามารถสังเกตได้โดยอ้อมผ่านผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงที่มีต่อสสารปกติ สสารมืดเป็นสิ่งที่ไม่รู้จักซึ่งคิดเป็น 27% ของจักรวาล และพลังงานมืดซึ่งขับสสารในจักรวาลออกจากกันด้วยอัตราเร่ง คิดเป็น 68% ของจักรวาล

"มีสสารธรรมดาเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่อยู่ในรูปของดาวฤกษ์ ส่วนใหญ่อยู่ในรูปของก๊าซที่โดยทั่วไปจะสลัวเกินไป กระจายตัวเกินกว่าจะตรวจจับได้" เอ็มมานูเอล ชาน นักวิจัยจาก Chamberlain Postdoctoral Fellow จาก Berkeley Lab"s Physics กล่าว แผนกและผู้เขียนนำหนึ่งในสองบทความเกี่ยวกับแบริออนที่หายไป ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 15 มีนาคมในวารสารPhysical Review D.

นักวิจัยใช้กระบวนการที่เรียกว่า Sunyaev-Zel"dovich effect ซึ่งอธิบายว่าอิเล็กตรอน CMB ได้รับพลังงานเพิ่มขึ้นผ่านกระบวนการกระเจิงเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับก๊าซร้อนรอบกระจุกดาราจักรได้อย่างไร

"นี่เป็นโอกาสที่ดีที่จะมองข้ามตำแหน่งของกาแลคซีและความเร็วของกาแลคซี" Simone Ferraro เพื่อนร่วมงานในแผนกฟิสิกส์ของ Berkeley Lab ซึ่งเข้าร่วมในการศึกษาทั้งสองกล่าว "การวัดของเรามีข้อมูลจักรวาลวิทยามากมายเกี่ยวกับความเร็วของดาราจักรเหล่านี้ มันจะช่วยเสริมการวัดที่หอสังเกตการณ์อื่นทำขึ้น และทำให้พวกมันมีพลังมากขึ้น" เขากล่าว

ทีมนักวิจัยที่ Cornell University ซึ่งประกอบด้วยผู้ร่วมวิจัย Stefania Amodeo ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ศาสตราจารย์ Nicholas Battaglia และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Emily Moser เป็นผู้นำการสร้างแบบจำลองและการตีความการวัด และสำรวจผลที่ตามมาสำหรับเลนส์โน้มถ่วงที่อ่อนแอและการก่อตัวกาแลคซี

อัลกอริธึมของคอมพิวเตอร์ที่นักวิจัยพัฒนาขึ้นควรพิสูจน์ว่ามีประโยชน์ในการวิเคราะห์ข้อมูล "เลนส์ที่อ่อนแอ" จากการทดลองในอนาคตด้วยความแม่นยำสูง ปรากฏการณ์เลนส์เกิดขึ้นเมื่อวัตถุขนาดใหญ่ เช่น กาแล็กซีและกระจุกดาราจักรถูกจัดเรียงอย่างคร่าวๆ ในแนวของไซต์หนึ่งๆ เพื่อให้การบิดเบือนความโน้มถ่วงโค้งงอและบิดเบือนแสงจากวัตถุที่อยู่ไกลออกไป

เลนส์ที่อ่อนแอเป็นหนึ่งในเทคนิคหลักที่นักวิทยาศาสตร์ใช้เพื่อทำความเข้าใจต้นกำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล รวมถึงการศึกษาสสารมืดและพลังงานมืด การเรียนรู้ตำแหน่งและการกระจายของสสารแบริออนทำให้ข้อมูลนี้เข้าถึงได้ง่าย

"การวัดเหล่านี้มีความหมายที่ลึกซึ้งต่อเลนส์ที่อ่อนแอ และเราคาดว่าเทคนิคนี้จะมีประสิทธิภาพมากในการปรับเทียบการสำรวจเลนส์ที่อ่อนแอในอนาคต" เฟอร์ราโรกล่าว

Schaan ตั้งข้อสังเกตว่า "เรายังได้รับข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของดาราจักรอีกด้วย"

ในการศึกษาล่าสุด นักวิจัยอาศัยชุดข้อมูลกาแลคซีจากการสำรวจ Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) บนพื้นดินในนิวเม็กซิโก และข้อมูล CMB จากกล้องโทรทรรศน์จักรวาลวิทยา Atacama (ACT) ในชิลีและกล้องโทรทรรศน์ Planck บนอวกาศขององค์การอวกาศยุโรป . Berkeley Lab มีบทบาทสำคัญในความพยายามในการทำแผนที่ BOSS และพัฒนาสถาปัตยกรรมการคำนวณที่จำเป็นสำหรับการประมวลผลข้อมูลพลังค์ที่ NERSC

อัลกอริธึมที่พวกเขาสร้างขึ้นได้รับประโยชน์จากการวิเคราะห์โดยใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Cori ที่ Berkeley Lab"s National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) ที่ได้รับทุนสนับสนุนจาก DOE อัลกอริธึมนับอิเล็กตรอน ทำให้พวกเขาไม่สนใจองค์ประกอบทางเคมีของก๊าซ

“มันเหมือนกับลายน้ำบนธนบัตร” ชานอธิบาย “ถ้าคุณวางไว้หน้าไฟแบ็คไลท์ ลายน้ำก็จะปรากฏเป็นเงา สำหรับเรา ไฟแบ็คไลท์คือพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิก มันทำหน้าที่ส่องแก๊สจากด้านหลัง ดังนั้นเราจะเห็นเงาขณะที่แสง CMB เคลื่อนที่ผ่านนั้น แก๊ส."

เฟอร์ราโรกล่าวว่า "นี่เป็นการวัดที่มีนัยสำคัญอย่างยิ่งครั้งแรกจริงๆ ซึ่งระบุตำแหน่งที่ก๊าซอยู่"

ภาพใหม่ของกาแล็กซีฮาโลที่จัดทำโดยซอฟต์แวร์ "ThumbStack" ที่นักวิจัยสร้างขึ้น: พื้นที่ทรงกลมมหึมาที่คลุมเครือซึ่งขยายออกไปไกลเกินกว่าบริเวณที่มีแสงดาว ซอฟต์แวร์นี้มีประสิทธิภาพในการทำแผนที่รัศมีเหล่านั้นแม้แต่กับกลุ่มดาราจักรที่มีรัศมีมวลต่ำและสำหรับดาราจักรที่เคลื่อนออกจากเราอย่างรวดเร็ว (เรียกว่าดาราจักร "เรดชิฟต์สูง")

การทดลองใหม่ที่ควรได้รับประโยชน์จากเครื่องมือทำแผนที่ด้วยรัศมี ได้แก่ เครื่องมือสเปกโตรสโกปีพลังงานมืด, หอดูดาว Vera Rubin, กล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมัน Nancy Grace และกล้องโทรทรรศน์อวกาศยูคลิด

NERSC เป็นสิ่งอำนวยความสะดวกสำหรับผู้ใช้ DOE Office of Sciencสล็อตออนไลน์ 918kiss