Międzynarodowy zespół astronomów odkrył tajemniczy, niewidoczny obiekt w odległej części Wszechświata, którego masa jest milion razy większa od masy Słońca. To najmniejsza wykryta masa ciemnego obiektu za pomocą soczewkowania grawitacyjnego, co stanowi przełom w badaniach nad rozkładem i naturą ciemnej materii.
Nowy sposób na zobaczenie ciemnej materii
Ciemna materia jest jedną z największych zagadek współczesnej astrofizyki. Nie emituje światła, a jej obecność można wykryć tylko pośrednio – obserwując wpływ jej grawitacji na widzialną materię. Kluczowe pytanie brzmi: czy ciemna materia jest gładka, czy raczej występuje w kosmosie w postaci skupisk i kłaczków? Odpowiedź na nie może pomóc naukowcom ustalić, czym właściwie jest ta enigmatyczna substancja.
Naukowcy wykorzystali zjawisko soczewkowania grawitacyjnego do poszukiwań ciemnych obiektów. Zgodnie z Ogólną Teorią Względności Einsteina, masywne obiekty zakrzywiają czasoprzestrzeń, powodując zniekształcenia światła pochodzącego od odległych galaktyk. Jeśli taki obiekt nie emituje światła, zdradzają go wyłącznie subtelne ślady jego grawitacji – zakrzywione łuki, tzw. pierścienie Einsteina czy inne zaburzenia widmowe.
Największy super-teleskop świata
W nowym odkryciu pomogła sieć radioteleskopów rozstawionych na całym świecie: Green Bank Telescope, Very Long Baseline Array oraz Europejska Sieć Interferometrii o Bardzo Długiej Bazie VLBI. Łącząc te instrumenty, naukowcy stworzyli wirtualny super-teleskop wielkości Ziemi, pozwalający zarejestrować ekstremalnie słabe sygnały soczewkowania grawitacyjnego.
Odkryty obiekt znajduje się około 10 miliardów lat świetlnych od Ziemi – powstał gdy Wszechświat miał zaledwie 6,5 miliarda lat. Jego masa, choć gigantyczna, jest najmniejszą wykrytą tą techniką – aż stukrotnie niższą od wcześniejszych rekordów.
Algorytmy i superkomputery na tropie ciemnych kłaczków
Wykrycie tak niewielkiej masy było możliwe dzięki nowym algorytmom modelującym dane z radioteleskopów, które wymagały obliczeń na poziomie superkomputerów. Wykorzystano tu innowacyjną technikę obrazowania grawitacyjnego (gravitational imaging), pozwalającą dosłownie zmapować ukrytą kępkę ciemnej materii na podstawie subtelnych aberracji widocznych w łuku soczewkowania radiowego.
Potwierdzenie teorii zimnej ciemnej materii
Odkrycie zgadza się z teorią zimnej ciemnej materii (cold dark matter, CDM), która mówi, że wszystkie galaktyki – w tym Droga Mleczna – są nasycone niewidocznymi skupiskami ciemnej materii. Jednak potwierdzenie tej teorii wymaga dalszych badań – naukowcy rozpoczęli już poszukiwania kolejnych przykładów takich obiektów w innych rejonach nieba. Jeśli rzeczywiście okaże się, że są to puste skupiska całkowicie pozbawione gwiazd, niektóre teorie dotyczące natury ciemnej materii mogą zostać wykluczone.
Soczewkowanie grawitacyjne – narzędzie przyszłości
Soczewkowanie grawitacyjne stało się jednym z najważniejszych narzędzi astrofizycznych do badania niewidocznych aspektów struktury Wszechświata. Wykrywanie masy za pomocą analiz zniekształconego światła pozwala naukowcom na podglądanie ciemnej strony kosmosu, nawet jeżeli nie dociera do nas żadna jej emisja.
Podsumowanie
Odkrycie najmniejszego ciemnego obiektu na bazie soczewkowania grawitacyjnego otwiera nowy rozdział w badaniach nad ciemną materią. W ciągu najbliższych lat dzięki dalszym obserwacjom, astronomowie mogą odkryć jeszcze więcej takich skupisk, zbliżając się do odpowiedzi na pytanie, z czego faktycznie jest zbudowany nasz Wszechświat.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Mysterious dark object in space
- A million-solar-mass object detected at a cosmological distance using gravitational imaging
- An extended and extremely thin gravitational arc from a lensed compact symmetric object at redshift of 2.059
Źródło: Max Planck Institute for Astrophysics, www.mpg.de
Na ilustracji: Nakładka emisji podczerwonej (czarno-biała) na emisję radiową (kolorowa). Ciemny obiekt o małej masie znajduje się w szczelinie w jasnej części łuku po prawej stronie. Źródło: Keck/EVN/GBT/VLBA
