Najnowsze odkrycie komplikuje badania nad ciemną materią

Image

Źródło: NASA/ESA/G. Caminha (University of Groningen)/M. Meneghetti (Observatory of Astrophysics and Space Science of Bologna)/P. Natarajan (Yale University)/CLASH/M. Kornmesser (ESA/Hubble)

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.

Image

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.

Image

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.

 

50
1 głosów, średnio 50 %