Przejdź do treści

Nowa mapa rozkładu ciemnej materii

Nadal nie wiadomo, czym właściwie jest ciemna materia, teraz jednak wiemy już dość dokładnie, gdzie jest ona zlokalizowana! Naukowcy z Yale opublikowali właśnie najdokładniejszą kiedykolwiek wykonaną mapę rozkładu ciemnej materii w trzech pobliskich gromadach galaktyk.

Międzynarodowy zespół pod kierownictwem Priyamvady Natarajan wykorzystał w tym celu zjawisko soczewkowania grawitacyjnego - bardzo przydatny dla naukowców efekt pojawiający się wtedy, gdy bardzo masywny obiekt zagina poruszające się w jego pobliżu promienie światła pochodzące z innego, bardziej odległego, leżącego "w tle" ciała - na przykład kwazara. Działa to niczym wielka soczewka powiększająca obraz optyczny. W ten sposób udało się dobrze zbadać trzy gromady galaktyk Abell 2744, MACSJ 0416 i MACSJ 1149.

Pierwotne, optyczne zdjęcia gromad wykonał Kosmiczny Teleskop Hubble'a. Pomiar zniekształceń obrazów odległych galaktyk tła powodowanych przez soczewkowanie grawitacyjne tych gromad pokazywał, w którym dokładnie kierunku niewidzialna ciemna materia najsilniej zakrzywia przestrzeń wokół nich.

Ciemna materia często określana jest “brakującą masą” Wszechświata. Tempo ekspansji Kosmosu nie jest na przykład zgodne z obserwowanymi ilościami całej widocznej w nim materii - gwiazd, galaktyk, gazu i pyłu. Co więcej - widzimy zaledwie około pięć procent całkowitej masy Wszechświata, podczas gdy z niezależnych obserwacji wiadomo, że musi jej być o wiele więcej. Gdzie więc się ona podziewa?

Naukowcy mają obecnie kilka wiodących teorii na temat natury tej brakującej masy. Do najpopularniejszych z wyjaśnień należą słabo oddziaływujące, nieznane jeszcze cząsteczki - tak zwane WIMPy, "ciężkie" obiekty typu MACHO, i kilka innych rodzajów bardziej egzotycznych, często hipotetycznych cząstek. WIMPy i inne cząstki byłyby w tym przypadku rodzajem materii, która nie oddziałuje z “normalną”, widoczną materią, ale wpływa na nią grawitacyjnie. MACHO to z kolei materia dosyć zwyczajna, mniej egzotyczna, ale niewidoczna dla naszych teleskopów - za słabo świecąca. Może ona tworzyć na przykład czarne dziury, ledwo widoczne gwiazdy - brązowe karły, czy też pulsary, a nawet inne, nieznane nam jak dotąd obiekty kosmiczne. Istnieją jednak poważne obawy co do tego, czy takie obiekty mogłyby faktycznie mieć sumarycznie wystarczająco dużą masę, by wytłumaczyć obserwacje brakującej masy Wszechświata. Niektórzy uważają też, że obiekty MACHO mogą stanowić jedną, niewielką część tej masy, podczas gdy za resztę ciemnej materii odpowiadają na przykłady cząstki WIMP.

Bez względu na to, jak jest naprawdę, nie jesteśmy do dziś w stanie wykrywać ciemnej materii metodami bezpośrednimi. Wiemy natomiast z dość dużą pewnością, że ona naprawdę istnieje - wskazują na to na przykład legendarne już badania krzywych rotacji materii w galaktykach, wykonywane w XX wieku przez słynnych astronomów Fritza Zwicky’ego i Verę Rubin. Dziś natomiast wykonanie precyzyjnej mapy rozkładu ciemnej materii ma szansę pomóc współczesnym astrofizykom w lepszym zrozumieniu zarówno jej składu, jak i jego ewentualnych niejednorodności.

Czytaj więcej:


Źródło: MNRAS, astronomy.com

Grafika: Mapa rozkładu ciemnej materii w gromadzie galaktyk MACSJ0416.
Źródło: Natarajan et. al.