Jak wynika z najnowszych obserwacji astronomicznych, w teoriach opisujących zachowania ciemnej materii brakuje jednego kluczowego elementu, który może wyjaśniać, dlaczego naukowcy odkryli nieoczekiwaną rozbieżność między obserwacjami stężenia ciemnej materii w masywnych gromadach galaktyk, a teoretycznymi symulacjami komputerowymi, dotyczącymi jej rozkładu. Najnowsze odkrycie wskazuje, że niektóre niewielkie koncentracje ciemnej materii wywołują efekt soczewkowania, który jest aż 10 razy silniejszy niż oczekiwano.

 

Ciemna materia jest jak niewidzialny klej, który utrzymuje razem gwiazdy, pył i gaz w galaktyce. Ta tajemnicza substancja stanowi większość masy galaktyki, a także podstawę wielkoskalowej struktury Wszechświata. Jednak ciemna materia nie emituje, nie pochłania, ani nie odbija światła, dlatego też nie potrafimy jej bezpośrednio zaobserwować. Jej obecność zdradza jedynie grawitacyjne przyciąganie widzialnej materii w przestrzeni kosmicznej.

 

Gromady galaktyk, najbardziej masywne struktury we Wszechświecie, są również największymi skupiskami ciemnej materii. Gromady składają się z pojedynczych galaktyk, które utrzymywane są razem w dużej mierze przez grawitację ciemnej materii. Naukowcy sprawdzają na nich, czy symulacje numeryczne Wszechświata dobrze odtwarzają to, co możemy wywnioskować z soczewkowania grawitacyjnego.

Gromada galaktyk MACSJ 1206

Rozkład ciemnej materii w gromadach galaktyk jest odwzorowywany poprzez pomiar wyginania światła. Grawitacja ciemnej materii skupiona w gromadach powiększa i zakrzywia światło z odległych obiektów w tle. Efekt ten powoduje zniekształcenia kształtów odległych galaktyk, które pojawiają się na obrazach gromad. Soczewkowanie grawitacyjne często może dawać wiele obrazów tej samej odległej galaktyki.

 

Im większe stężenie ciemnej materii w gromadzie, tym większy jest efekt załamywania światła. Obecność mniejszych skupisk ciemnej materii, związanych z poszczególnymi gromadami galaktyk zwiększa poziom zniekształceń. Gromada galaktyk działa w pewnym sensie jak soczewka, w której osadzonych jest wiele mniejszych soczewek.

Gromada galaktyk MACS J0416.1–2403

Massimo Meneghetti z Obserwatorium Astrofizyki i Badań Kosmicznych oraz jego zespół wykorzystał Kosmiczny Teleskop Hubble'a i Bardzo Duży Teleskop (VLT) Europejskiego Obserwatorium Południowego w Chile do stworzenia dokładnej mapy ciemnej materii. Mierząc zniekształcenia soczewkowania, astronomowie mogli prześledzić ilość i rozkład ciemnej materii. Badaniami objęto trzy gromady galaktyk: MACS J1206.2-0847, MACS J0416.1-2403 i Abell S1063.

 

Zespół badawczy z zaskoczeniem odkrył, że oprócz wielkich łuków i wydłużonych cech odległych galaktyk, wytworzonych przez soczewkowanie grawitacyjne każdej gromady, obrazy Kosmicznego Teleskopu Hubble'a ujawniły również nieoczekiwaną liczbę mniejszych łuków i zniekształconych obrazów, zagnieżdżonych w pobliżu jądra każdej gromady. Naukowcy są przekonani, że zagnieżdżone soczewki powstają przez grawitację gęstych koncentracji materii wewnątrz poszczególnych galaktyk w gromadzie.

 

Łącząc obrazowanie Hubble'a i spektroskopię VLT, astronomowie zidentyfikowali dziesiątki wielokrotnie zobrazowanych, soczewkowanych galaktyk tła. Na tej podstawie opracowano dobrze skalibrowaną mapę wysokiej rozdzielczości, przedstawiającą rozkład masy ciemnej materii w każdej gromadzie. Zespół porównał mapy ciemnej materii z próbkami symulowanych gromad galaktyk o podobnych masach, znajdujących się mniej więcej w takich samych odległościach. Gromady w modelu komputerowym nie wykazały takiego samego poziomu koncentracji ciemnej materii w najmniejszych skalach.

 

Badanie wskazuje, że w symulacjach lub w naszym zrozumieniu natury ciemnej materii brakuje jakiegoś elementu fizycznego. Po prostu istnieje pewna cecha Wszechświata, której nie uwzględniono w obecnych modelach teoretycznych. Naukowcy chcą prowadzić dalsze badania, aby wyjaśnić ten problem.

 

Spektrograf zamontowany na sondzie kosmicznej Rosetta ujawnił wyjątkową poświatę ultrafioletową wokół komety 67P / Churyumov - Gerasimenko. Naukowcy uważają, że po raz pierwszy w historii zdołali zaobserwować zorzę polarną w okolicy komety. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy.

Automatyczna stacja międzyplanetarna Rosetta należąca do Europejskiej Agencji Kosmicznej została zaprojektowana do badania komety 67P / Churyumov - Gerasimenko. Naukowcy z Southwest Research Institute (SwRI) w Stanach Zjednoczonych, którzy analizują dane ze spektrografu ultrafioletowego ALICE, odkryli niezwykłe emisje zorzy polarnej, które wykraczały poza widmo światła widzialego.

Na Ziemi zorze polarne powstają wówczas, gdy naładowane cząstki słoneczne zmierzają w stronę biegunów przez pole magnetyczne naszej planety. Tam zderzają się z atomami i cząsteczkami w ziemskiej atmosferze, tworząc wielobarwne, mieniące się kurtyny na niebie. Wokół komety, poświata jest wytwarzana przez naładowane cząsteczki wiatru słonecznego, które oddziałują z gazem otaczającym jądro komety, składające się z pyłu i lodu.

NASA

Specjalny czujnik jonów i elektronów (IES) spektrografu Rosetta umożliwił wykrycie tego niezwykłego zjawiska. Początkowo, badacze sądzili, że to co widzą jest procesem spowodowanym interakcją fotonów z gazem z komety. W trakcie szczegółowych analiz odkryli jednak, że promieniowanie ultrafioletowe to zorza polarna wywołana elektronami wiatru słonecznego, które rozszczepiają wodę i inne cząsteczki.

Ponieważ natrafienie na istnienie zorzy na komecie, która nie emituje pola magnetycznego jest dość niespodziewanym znaleziskiem, naukowcy zbudowali fizyczny model zjawiska, uwzględniając dane uzyskane przez inne urządzenia. Naukowcy nadal analizują dane z Rosetty, która zakończyła swoją misję w 2016 roku, i mają nadzieję na nowe odkrycia tego typu.

 

 

Już jakiś czas temu stało się jasne, że orbity tak zwanych obiektów transneptunowych, są na tyle dziwne, że jedynym ich wytłumaczeniem jest obecność silnego źródła grawitacji, która na nie oddziałuje. Szacowano iż znajduje się ona gdzieś w Pasie Kuipera i może być nawet nową planetą zwaną potocznie planetą X.

 

Środowisko naukowe podzieliło się zakresie interpretacji anomalii orbit obiektów TNO. Nie wszyscy przyjęli teorię wedle której to oddziaływanie grawitacyjne nieznane dotychczas planety odpowiada za obserwowane z ziemi orbity tych ciał niebieskich. Sformułowano liczne teorię, takie jak ta, że za anomalie grawitacyjne odpowiadają grupy obiektów, których skumulowana siła grawitacji jest porównywalna z planetą.

W 1971 roku Stephen Hawking, opierając się na pomyśle zasugerowanym wcześniej w 1966 roku przez rosyjskich fizyków Jakowa Borysowicza Zeldowicza i Igora Dmitrijewicza Nowikowa , wysunął teorię, że potężne ciśnienie podczas Wielkiego Wybuchu mogło spowodować pzeistoczenie się materii bezpośrednio w czarne dziury. Te pierwotne czarne dziury mogą mieć dowolne rozmiary i znajdować się wszędzie. Czarna dziura tak masywna jak Ziemia byłaby mniej więcej wielkości piłki do ping-ponga i byłaby wyjątkowo trudna do zobaczenia.

 

Nie wykryto jeszcze takich pierwotnych czarnych dziur, ale ich istnienie nie zostało również wykluczone. Jest to o tyle istotne, że w niedawnym eksperymencie OGLE, przeprowadzonym na Uniwersytecie Warszawskim w ramach eksperymentu Optical Gravitational Lensing Experiment, wykryto obecność pół tuzina ciemnych obiektów zlokalizowanych w okolicy w kierunku środka naszej galaktyki. Ich pola grawitacyjne działały jak soczewki, na krótko wzmacniając światło odległych gwiazd, przed którymi dryfowały.

 

Autorzy twierdzą, że obiektami tymi mogą być swobodnie pływające planety o masach od połowy do około 20 razy większej od masy Ziemi. Ale równie łatwo mogłyby być pierwotnymi czarnymi dziurami unoszącymi się wokół galaktyki, sugerowali astronomowie. Gdyby tak było, domniemana Planeta Dziewiąta mogłaby być również czarną dziurą na odległej orbicie wokół Słońca.

 

Dziewiąta byłaby wówczas najbliższą Ziemi czarną dziurą umiejscowioną tak blisko, że ludzie mogliby pomyśleć o wysłaniu tam sondy badawczej. Oczywiście, najpierw należałoby ją znaleźć. Badacze zaproponowali wysłanie setek małych sond we wszystkich kierunkach Układu Słonecznego. Śledząc sygnały przychodzące z sond, naukowcy na Ziemi byliby w stanie stwierdzić, czy i kiedy każda z nich przyspieszyła lub zwolniła, co mogłoby sugerować, że napotkała pole grawitacyjne Planety Dziewiątej lub czegokolwiek innego.

 

Warto przypomnieć, że jeszcze w lipcu pojawiła się inna koncepcja która zakładała, że Planeta X może być rzeczywiście małą czarną dziurą. W pracy naukowcy prowadzonej pod kierunkiem Amira Siraja, studenta Harvardu, opracowano nową metodę wyszukiwania czarnych dziur w zewnętrznej części Układu Słonecznego, opartą na obserwacjach rozbłysków, które pojawiają się, gdy czarną dziurę mija kometa.

W pobliżu takiego obiektu kosmicznego, wszystkie zbliżające się do niego małe ciała niebieskie topią się w wyniku nagrzania z powodu energii uwalnianej, gdy czarna dziura absorbuje materię z otaczającej ją przestrzeni międzygwiezdnej. Po stopieniu te małe ciała ulegają pęknięciu, a ich resztki spadają na czarną dziurę, powodując rozbłyski, które można wykryć dzięki nowoczesnej technologii stosowanej w astrofizyce.

 

Jednak nawet nowoczesna technologia nie pozwala na wykrycie rozbłysków akrecyjnych bez wcześniejszych wskazówek, ale badanie nieba za pomocą LSST będzie w stanie łatwo wykryć takie miejsca. Obserwacje te sprawdzą również hipotezę, czy hipotetyczna Planeta X, na której istnienie wskazują niezwykłe orbity obiektów treansneptunowych i z pasa Kuipera znajdujących się w zewnętrznej części Układu Słonecznego, może okazać się pierwotną czarną dziurą.

 

Australijscy naukowcy stwierdzili, że astronomia powoduje duże emisje dwutlenku węgla, gazu z którym walczą obecnie zwolennicy klimatyzmu. Oszacowano, że jeden astronom produkuje ekwiwalent 37 ton dwutlenku węgla rocznie. Jak to możliwe?

 

Według autorów badania, opublikowanego w najnowszym numerze czasopisma Nature Astronomy, badania kosmosu produkują łącznie 25 tysięcy ton dwutlenku węgla rocznie. W sumie bierze w tym udział mniej niż 700 aktywnych naukowców, w tym doktoranci, a proste obliczenia arytmetyczne dają dokładnie liczbę 37 ton na osobę.

 

Większość tych emisji, czyli około 60%, pochodzi z superkomputerów, których naukowcy używają nie tylko do przetwarzania terabajtów danych uzyskanych za pomocą teleskopów, ale także do modelowania i testowania swoich teorii - na przykład o pochodzeniu wszechświata. W tym samym numerze Nature Astronomy ukazał się też artykuł, który namawia, aby nie używali superkomputerów zbyt często i generalnie nie uruchamiali tych maszyn na pełnych obrotach bez potrzeby. Zaproponowano również porzucenie języka programowania - pythona, stosowanego na potrzeby dużych obliczeń, gdyż użycie tego języka wymaga zwiększonego zużycia energii.

 

Ale astronomowie używają nie tylko superkomputerów, ale także obserwatoriów, a według wspomnianego artykułu na każdego australijskiego zawodowego astronoma przypada około pięciu ton zielonych emisji rocznie. A naukowcy przecież często latają na konferencje i różne inne wydarzenia, emitując do atmosfery kolejne sześć ton dwutlenku węgla.

 

Jednak nie wszyscy astronomowie są równie szkodliwi dla środowiska. Na przykład naukowcy z Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka obliczyli, że emisje generowane przez niemieckich naukowców stanowią prawie połowę emisji pochodzących od ich australijskich odpowiedników, a wszystko to ze względu na fakt, że energia odnawialna jest znacznie bardziej rozwinięta w Niemczech niż w Australii.