23.02.2020
PL EN
15.01.2020 aktualizacja 15.01.2020

Teleskop Hubble’a znalazł najmniejsze skupiska ciemnej materii

Zdjęcia kwazarów, których obrazy zostały zaburzone przez soczekowanie grawitacyjne. Fotorafie zostały uzyskane przy pomocy Kosmicznego Teleskopu Hubble’a w latach 2015-2018. Źródło: NASA, ESA, A. Nierenberg (JPL), and T. Treu and D. Gilman (UCLA) Zdjęcia kwazarów, których obrazy zostały zaburzone przez soczekowanie grawitacyjne. Fotorafie zostały uzyskane przy pomocy Kosmicznego Teleskopu Hubble’a w latach 2015-2018. Źródło: NASA, ESA, A. Nierenberg (JPL), and T. Treu and D. Gilman (UCLA)

Naukowcy wykryli obecność skupisk ciemnej materii o masach dużo mniejszych niż znane do tej pory, poinformował Space Telescope Science Institute.

Ciemna materia to tajemniczy składnik Wszechświata, którego nie widać bezpośrednio. Pomimo tego naukowcy sądzą, że ciemnej materii jest dużo więcej niż tej zwykłej (nazywanej przez naukowców „materią barionową”), z której złożone są gwiazdy, planety, czy my sami. O istnieniu ciemnej materii wnioskuje się przede wszystkim na podstawie wpływu, jaki wywiera ona na zwykłą materię. Skupiska ciemnej materii oddziałują grawitacyjnie na gwiazdy i galaktyki – analizując ten wpływ można próbować badać ciemną materię.

Według jednej z teorii próbujących opisać ciemną materię, cząstki ciemnej materii nie poruszają się bardzo szybko, więc łatwiej jest jej tworzyć skupiska. Jeśli tak jest, to w kosmosie powinno być sporo różnorodnych miejsc koncentracji ciemnej materii, zarówno olbrzymich, jak i małych.

Astronomowie od dawna wykrywają skupiska ciemnej materii wokół wielkich galaktyk, a teraz – dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Hubble’a – udało im się ustalić, że ciemna materia może też formować dużo mniejsze skupiska niż znane do tej pory.

Badacze poszukiwali niewielkich skupisk ciemnej materii mierząc w danych z Teleskopu Hubble’a, w jaki sposób światło od odległych kwazarów jest zaburzane podczas podróży przez przestrzeń kosmiczną. Na zdjęciach z kosmicznego teleskopu widać, że obrazy kwazarów są zakrzywione lub powiększone poprzez grawitację od masywnych galaktyk znajdujących się na drodze promieni świetlnych (efekt ten jest zwany soczewkowaniem grawitacyjnym).

Według jednej z wiodących teorii na temat ciemnej materii, tzw. modelu zimnej ciemnej materii, wszystkie galaktyki formują się i są zanurzone w obłokach ciemnej materii. Ciemna materia zawiera wolno poruszające się („zimne”) cząstki, którą mogą razem tworzyć struktury o masach od setek tysięcy mas Drogi Mlecznej, do tak małych, jak masa samolotu. Najnowsze obserwacje są zgodne z tą hipotezą.

„Wykonaliśmy bardzo przekonujący test obserwacyjny i model zimnej ciemnej materii przeszedł go pozytywnie” - skomentował Tommaso Treu z University of California, Los Angeles (UCLA), USA, który jest członkiem zespołu badawczego.

W swoich obserwacjach naukowcy zbadali osiem kwazarów (kwazary to obszary wokół bardzo aktywnych supermasywnych czarnych dziur, emitujące olbrzymie ilości światła). Zmierzyli, w jaki sposób światło emitowane przez gazowy tlen i neon okrążające czarną dziurę jest zakrzywione przez grawitację masywnej galaktyki leżącej bliżej nas.

W ten sposób wykryto skupiska ciemnej materii na linii widzenia teleskop-kwazar, a także te znajdujące się w galaktyce (i wokół niej), która powoduje soczewkowanie grawitacyjne. Wykryte skupiska ciemnej materii mają masy mniejsze od 10 tysięcy do 100 tysięcy razy niż masa halo ciemnej materii wokół Drogi Mlecznej. Wiele z nich nie zawiera więc w sobie nawet małych galaktyk, czyli nie dałoby się ich wykryć w inny sposób.

Wybrane do badania kwazary są ustawione w taki sposób, że zaburzający efekt soczewkowania grawitacyjnego tworzy po cztery zniekształcone obrazy każdego z kwazarów. Jest to rzadka sytuacja, bowiem wymaga prawie idealnego położenia odległego kwazara i soczewkującej galaktyki wzdłuż linii widzenia.

Zarejestrowane obrazy porównano z przewidywaniami, w jaki sposób wyglądałyby kwazary, gdyby nie było wpływu ciemnej materii, następnie obliczono masy niewielkich koncentracji ciemnej materii. Do badań zastosowano złożone programy obliczeniowe i skomplikowane techniki rekonstrukcji obrazu. Wyniki zaprezentowano podczas konferencji Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego oraz opublikowano w „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”. (PAP)

cza/ ekr/

Copyright © Fundacja PAP 2020