Przejdź do głównej zawartości

Nowe dane Hubble'a sugerują, że w aktualnych teoriach ciemnej materii brakuje składnika

Obserwacje wykonane przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a i Bardzo Duży Teleskop (VLT) wykazały, że w teorii zachowania ciemnej materii może czegoś brakować. Ów brakujący składnik może wyjaśniać, dlaczego naukowcy odkryli nieoczekiwaną rozbieżność pomiędzy obserwacjami stężeń ciemnej materii w próbce masywnych gromad galaktyk a teoretycznymi symulacjami komputerowymi dotyczącymi rozkładu ciemnej materii w gromadach. Nowe odkrycia wskazują, że niektóre niewielkie skupiska ciemnej materii powodują efekt soczewkowania grawitacyjnego, który jest 10 razy silniejszy niż oczekiwano.



Ciemna materia to niewidzialny klej, który utrzymuje razem gwiazdy, pył i gaz w galaktyce. Ta tajemnicza substancja stanowi podstawę wielkoskalowej struktury Wszechświata. Ponieważ ciemna materia nie emituje, nie pochłania i nie odbija światła, jej obecność jest znana jedynie dzięki przyciąganiu grawitacyjnemu widzialnej materii w przestrzeni. Astrofizycy i fizycy wciąż próbują ustalić, co to jest.

Gromady galaktyk, najmasywniejsze i niedawno zgrupowane struktury we Wszechświecie, są również największymi magazynami ciemnej materii. Gromady składają się z pojedynczych galaktyk, które są utrzymywane razem w dużej mierze przez grawitację ciemnej materii.

„Gromady galaktyk są idealnymi laboratoriami, w których można badać, czy dostępne obecnie symulacje numeryczne Wszechświata dobrze odtwarzają to, co możemy wywnioskować na podstawie soczewkowania grawitacyjnego. Przetestowaliśmy wiele danych w tym badaniu i jesteśmy pewni, że to niedopasowanie wskazuje, że brakuje jakiegoś składnika fizycznego albo w symulacjach, albo w naszym rozumieniu natury ciemnej materii” – powiedział Massimo Meneghetti z NAF-Observatory of Astrophysics and Space Science w Bolonii we Włoszech, główny autor badania.

Rozkład ciemnej materii w gromadach jest odwzorowany przez pomiar załamania światła – efekt soczewkowania grawitacyjnego – które wytwarzają. Grawitacja ciemnej materii skupiona w gromadach powiększa i zakrzywia światło z odległych obiektów tła, które pojawiają się na obrazach gromad. Soczewkowanie grawitacyjne często może również dawać wiele obrazów tej samej odległej galaktyki.

Im większe stężenie ciemnej materii w gromadzie, tym bardziej dramatyczny jest efekt zakrzywiania światła. Obecność mniejszych skupisk ciemnej materii związanych z poszczególnymi gromadami galaktyk zwiększa poziom zakrzywienia. W pewnym sensie gromada galaktyk działa jak wielka soczewka, w której osadzonych jest wiele mniejszych soczewek.

Najnowsze zdjęcia z Hubble’a zostały wykonane przez Wide Field Camera 3 i Advanced Camera for Surveys. W połączeniu z widmami z VLT, zespół stworzył dokładną mapę ciemnej materii. Mierząc zakrzywienia soczewkowania, astronomowie mogli prześledzić ilość i rozkład ciemnej materii. Trzy kluczowe gromady galaktyk, MACS J1206.2-0847, MACS J0416.1-2403 i Abell S1063, były częścią dwóch badań Hubble’a: The Frontier Fields oraz the Cluster Lensing And Supernova Survey with Hubble (CLASH).

Ku zaskoczeniu zespołu, oprócz dramatycznych łuków i wydłużonych właściwości odległych galaktyk wytworzonych przez soczewkowanie grawitacyjne każdej gromady, obrazy Hubble’a ukazały również nieoczekiwaną liczbę mniejszych łuków i zakrzywionych obrazów zagnieżdżonych w pobliżu jądra każdej gromady, gdzie rezydują galaktyki. Naukowcy są przekonani, że zagnieżdżone soczewki wytwarzane są przez grawitację gęstych skupisk materii wewnątrz poszczególnych galaktyk gromady. Dalsze obserwacje spektroskopowe mierzyły prędkość gwiazd krążących wewnątrz kilku gromad galaktyk, w celu ustalenia ich masy.

Łącząc obserwacje z Hubble’a ze spektroskopią z VLT, astronomowie byli w stanie zidentyfikować dziesiątki wielokrotnie obrazowanych, soczewkowanych galaktyk tła. Pozwoliło im to stworzyć dobrze skalibrowaną wysokiej rozdzielczości mapę rozkładu ciemnej materii w każdej gromadzie.

Zespół porównał mapy ciemnej materii z próbkami symulowanych gromad galaktyk o podobnych masach, znajdujących się w przybliżeniu w tych samych odległościach. Gromady w modelu komputerowym nie wykazały takiego samego poziomu koncentracji ciemnej materii w najmniejszych skalach – skalach powiązanych z poszczególnymi gromadami galaktyk.

Astronomowie z niecierpliwością czekają na dalsze badania ciemnej materii i jej tajemnic, aby w końcu określić jej naturę.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Wykryto największą eksplozję w historii Wszechświata

Naukowcy badający odległą gromadę galaktyk odkryli największą eksplozję obserwowaną we Wszechświecie od czasów Wielkiego Wybuchu. Wybuch pochodził z supermasywnej czarnej dziury w centrum odległej o setki milionów lat świetlnych stąd galaktyki. W trakcie eksplozji zostało uwolnione pięć razy więcej energii, niż przy poprzednim ówczesnym najpotężniejszym wybuchu. Astronomowie dokonali tego odkrycia przy użyciu danych z obserwatorium rentgenowskiego Chandra i XMM-Newton, a także danych radiowych z Murchison Widefield Array (MWA) w Australii i Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) w Indiach. Ten potężny wybuch został wykryty w gromadzie galaktyk Ophiuchus, która znajduje się około 390 mln lat świetlnych stąd. Gromady galaktyk to największe struktury we Wszechświecie utrzymywane razem przez grawitację, zawierające tysiące pojedynczych galaktyk, ciemną materię i gorący gaz. W centrum gromady Ophiuchus znajduje się duża galaktyka zawierająca supermasywną czarną dziurę.

Odkryto najbliższą znaną „olbrzymią planetę niemowlęcą”

Nowonarodzona masywna planeta znajduje się zaledwie 100 parseków od Ziemi. Naukowcy odkryli nowonarodzoną masywną planetę bliższą Ziemi niż jakikolwiek tego typu obiekt w podobnym wieku. Olbrzymia niemowlęca planeta, nazwana 2MASS 1155-7919 b, znajduje się w asocjacji Epsilon Chamaeleontis i leży tylko około 330 lat świetlnych od naszego Układu Słonecznego. „Ciemny, chłodny obiekt, który znaleźliśmy, jest bardzo młody i ma zaledwie 10 mas Jowisza, co oznacza, że prawdopodobnie patrzymy na planetę niemowlęcą, być może wciąż w fazie formowania się. Chociaż zostało odkrytych wiele innych planet podczas misji Kepler i innych podobnych, prawie wszystkie z nich są planetami ‘starymi’. Obiekt ten jest jednocześnie czwartym lub piątym przykładem planety olbrzymiej krążącej tak daleko od swojej gwiazdy macierzystej. Teoretycy usiłują wyjaśnić, w jaki sposób się tam uformowały lub jak tam dotarły” – powiedziała Annie Dickson-Vandervelde, główna autorka pracy. Do odkrycia naukowc

Czy rozwiązano tajemnicę ekspansji Wszechświata?

Badacz z Uniwersytetu Genewskiego rozwiązał naukową kontrowersję dotyczącą tempa ekspansji Wszechświata, sugerując, że na dużą skalę nie jest ono całkowicie jednorodne. Ziemia, Układ Słoneczny, cała Droga Mleczna i kilka tysięcy najbliższych nam galaktyk porusza się w ogromnym „bąblu” o średnicy 250 mln lat świetlnych, gdzie średnia gęstość materii jest o połowę mniejsza niż w pozostałej części Wszechświata. Taka jest hipoteza wysunięta przez fizyka teoretyka z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE) jako rozwiązanie zagadki, która od dziesięcioleci dzieli społeczność naukową: z jaką prędkością rozszerza się Wszechświat? Do tej pory co najmniej dwie niezależne metody obliczeniowe osiągnęły dwie wartości różniące się o około 10% z odchyleniem, które jest statystycznie nie do pogodzenia. Nowe podejście usuwa tę rozbieżność bez korzystania z „nowej fizyki”. Wszechświat rozszerza się od czasu Wielkiego Wybuchu, który miał miejsce 13,8 mld lat temu – propozycja po raz pierwszy przeds