Egyszerűen fogalmazva: a Sötét Anyagnak nemcsak úgy gondolják, hogy az alkotja az Univerzum tömegének nagy részét, hanem az is állványként szolgál, amelyre a galaxisok épülnek. De a titokzatos, láthatatlan tömeg bizonyítékainak felkutatására a tudósokat arra kényszerítették, hogy közvetett módszerekre támaszkodjanak, amelyek hasonlóak a fekete lyukak vizsgálatához használt módszerekhez. Alapvetően azt mérik, hogy a sötét anyag jelenléte hogyan befolyásolja a közelében lévő csillagokat és galaxisokat.
A csillagászok eddig sikerült bizonyítékokat találni arra, hogy a sötét anyag összecsapódik a közepes és a nagy galaxisok körül. Az adatok felhasználása a Hubble űrtávcső és egy új megfigyelési technikát, az UCLA és a NASA JPL csillagászaiból álló csoport megállapította, hogy a sötét anyag sokkal kisebb csomókat képezhet, mint azt korábban gondolták. Ezeket a megállapításokat ezen a héten mutatták be az American Astronomical Society (AAS) 235. ülésén.
A sötét anyaggal kapcsolatban a legszélesebb körben elfogadott elmélet azt állítja, hogy nem ugyanazokból a dolgokból áll, mint a baryonic (más néven normál vagy „fényes” anyag) - azaz protonok, neutronok és elektronok. Ehelyett a sötét anyagot elméletileg valamilyen ismeretlen szubatomi részecskéből állítják, amely csak a gravitáció révén kölcsönhatásba lép a normál anyaggal, az alapvető erők közül a leggyengébbek - a többiek elektromágneses, erős és gyenge nukleáris erők.
Egy másik széles körben elfogadott elmélet szerint a Dark Matter lassan mozog más típusú részecskékhez képest, és ezért hajlamosak a csomókra. Ennek az elképzelésnek megfelelően az univerzumnak a sötét anyag koncentrációjának széles skáláját kell tartalmaznia, kezdve a kicsitől a nagyig. Mindeddig azonban még nem figyeltek meg kis koncentrációkat.
A Hubble Wide Field Camera 3 (WFC3) által gyűjtött adatok felhasználásával a kutatócsoport arra törekedett, hogy bizonyítékokat találjon ezeknek a kis csomóknak a nyolc távoli galaxis (más néven kvazárok) fényes magjából származó fény megmérésével, hogy meghatározzák, hogyan befolyásolja az a haladást. az űrben. Ezt a technikát, amelyet a csillagászok gyakran alkalmaznak távoli galaxisok, csillagfürtök és még exoplanetek tanulmányozására, gravitációs lencséknek is nevezik.
Eredetileg az Einstein általános relativitáselméletében jósolta, ez a technika a nagy kozmikus tárgyak gravitációs erőén alapszik, hogy a távoli tárgyak fényét elvonják és nagyítsák. Daniel Gilman, az UCLA, a megfigyelő csoport tagja így magyarázta a folyamatot:
„Képzelje el, hogy a nyolc galaxis mindegyike óriás nagyító. A kis sötét anyagcsomók kis repedésekként funkcionálnak a nagyítón, megváltoztatva a négy kvazár kép fényességét és helyzetét, összehasonlítva azzal, amire számíthat, ha az üveg sima lenne. ”
Ahogy remélem, a Hubble a képek azt mutatták, hogy az e nyolc kvazárból származó fény lencsés hatásnak van kitéve, amely összhangban áll a teleszkóp látóvonalán, valamint az előtérben lévő lencse galaxisokban és azok környékén lévő kis csomók jelenlétével. A nyolc kvazár és galaxis annyira pontosan egymáshoz igazodott, hogy a deformációs hatás négy torz képet hozott létre minden kvazárról.
Bonyolult számítási programok és intenzív rekonstrukciós technikák felhasználásával a csoport összehasonlította a torzítás mértékét az előrejelzésekkel, hogy a kvazárok hogyan fognak megjelenni a sötét anyag befolyása nélkül. Ezeket a méréseket a sötét anyagkoncentrációk tömegének kiszámításához is felhasználták, amelyek azt mutatták, hogy ezek a Tejút saját sötét anyagának halogénjének tömegének 1/10 000 és 1/100 000-szerese.
Amellett, hogy első alkalommal figyeltek meg kis koncentrációkat, a csapat eredményei megerősítik a „hideg sötét anyag” elmélet egyik alapvető előrejelzését. Ez az elmélet azt állítja, hogy mivel a Sötét Anyag lassan mozog (vagy „hideg”), képes az olyan szerkezeteket kialakítani, amelyek apró koncentrációktól óriásiig terjednek, amelyek többszöröse a Tejút tömegének.
Ez az elmélet azt is kijelenti, hogy az univerzumban minden galaxis a sötét anyag felhőin belül „halogének” néven képződött és beágyazódott bennük. A kisméretű csomók bizonyítékainak helyett néhány kutató azt sugallta, hogy a Sötét Anyag valóban „meleg” - azaz gyorsan mozgó -, és ezért túl gyors ahhoz, hogy kisebb koncentrációkat képezzen.
Az új megfigyelések azonban egyértelmű bizonyítékot nyújtanak a hideg sötét anyag elmélete és az általa támogatott kozmológiai modell - a Lambda hideg sötét anyag (? CDM) modell - helyességének szempontjából. Ahogy a csapat tagja, Tommaso Treu a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetemen (UCLA) kifejtette, ezek a legújabb Hubble a megfigyelések új betekintést adnak a sötét anyag természetéhez és viselkedéséhez.
"Nagyon lenyűgöző megfigyelési tesztet készítettünk a hideg sötét anyag modelljére, amely repülő színekkel halad át" - mondta. Hihetetlen, hogy közel 30 éves működés után a Hubble lehetővé teszi a legmodernebb nézeteket az alapvető fizikába és az univerzum természetébe, amiről még nem is álmodtunk, amikor a távcsövet elindítottuk. "
Anna Nierenberg, a NASA sugárhajtómű laboratóriumának kutatója, aki a Hubble felmérés, amely további magyarázatot kapott:
A csillagok nélküli sötétanyag-koncentrációk vadászat kihívásoknak bizonyult. A Hubble kutatócsoport azonban olyan technikát alkalmazott, amelyben nem kellett keresniük a csillagok gravitációs hatását, mint a sötét anyag nyomkövetőit. A csapat nyolc hatalmas és távoli kozmikus „utcai lámpát”, az úgynevezett kvazárokat célozta meg (az aktív fekete lyukak körüli régiók, amelyek hatalmas mennyiségű fényt bocsátanak ki). A csillagászok meghatározták, hogy az oxigén és a neongáz által kibocsátott fényt a kvarzok mindegyikének fekete lyukain keringve egy hatalmas előtérben lévő galaxis gravitációja köti össze, amely nagyító lencséként működik.
A tanulmányban felfedezett kis struktúrák száma több utalást kínál a sötét anyag részecskék természetére, mivel azok tulajdonságai befolyásolhatják a csomók képződését. A sötét anyagból álló részecske típusa azonban egyelőre rejtély marad. Szerencsére a következő generációs űrteleszkópok bevezetése a közeljövőben várhatóan segíteni fog ebben a tekintetben.
Ide tartoznak a James Webb Űrtávcső (JWST) és a Széles Távolságú Infravörös Távcső (WFIRST), amelyek egyaránt infravörös megfigyelőközpontok, amelyek várhatóan felmegynek ebben az évtizedben. Kifinomult optikájuk, spektrométereik, nagy látómezejük és nagy felbontású képességükkel ezek a távcsövek képesek lesznek megfigyelni az űr teljes régióit, amelyeket a hatalmas galaxisok, galaxiscsoportok és azok halogénei érintenek.
Ennek segítenie kell a csillagászokat abban, hogy meghatározzák a sötét anyag valódi természetét és annak alkotó részecskéit. Ugyanakkor a csillagászok ugyanezeket a műszereket fogják használni, hogy többet megismerjenek a Sötét Energiáról, amely egy másik nagy kozmológiai rejtély, amelyet jelenleg csak közvetett módon lehet megvizsgálni. Izgalmas idők várnak előre!
