Delikatne światło na zdjęciach z Hubble’a odkrywa przed nami rozmieszczenie ciemnej materii

Gromada galaktyk Abell S1063.
Credit:NASA, ESA, and M. Montes (University of New South Wales, Sydney, Australia)

Astronomowie korzystający z danych zebranych za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a zastosowali rewolucyjną metodę do wykrycia ciemnej materii w gromadach galaktyk. Metoda ta pozwala astronomom “zobaczyć” rozkład ciemnej materii dokładniej niż jakakolwiek inna metoda spośród dotychczas wykorzystywanych i może w przyszłości zostać wykorzystana do zbadania ostatecznej natury ciemnej materii. Wyniki badań opublikowano w periodyku Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

W ostatnich dekadach astronomowie próbowali zrozumieć prawdziwą naturę tajemniczej substancji, która stanowi większość materii we Wszechświecie – tak zwanej ciemnej materii – oraz stworzyć mapy jej rozmieszczenia we wszechświecie. Teraz, dwóch astronomów z Australii i Hiszpanii wykorzystało dane zebrane w ramach programu Frontier Fields za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a do precyzyjnego zbadania rozkładu ciemnej materii.

Gromada galaktyk MACS J0416.

“Odkryliśmy sposób na ‘dojrzenie’ ciemnej materii” tłumaczy Mireia Montes (University of New South Wales w Australii), główna autorka opracowania. “Odkryliśmy, że bardzo słabe światło w gromadach galaktyk, światło wewnątrz gromady, pozwala zobaczyć jak rozmieszczona jest w niej ciemna materia”.

Światło wewnątrz gromady jest produktem ubocznym interakcji zachodzących między galaktykami. W trakcie tych interakcji, pojedyncze gwiazdy wyrywane są ze swoich galaktyk i swobodnie przemieszczają się po gromadzie. Gdy już uwolnią się od wpływu grawitacji swoich galaktyk, kończą tam gdzie znajduje się większość masy, głównie ciemnej materii, w tejże gromadzie.

Gromada galaktyk MACS J0416.1–2403.

“Gwiazdy te rozmieszczone są niemal tak samo jak ciemna materia, przynajmniej w tym stopniu w jakim nasza obecna technologia pozwala nam to zbadać” tłumaczy Montes. Zarówno ciemna materia jak i te pojedyncze gwiazdy – które emitują światło wewnątrz gromady – nie zderzają się ze sobą. Przemieszczają się zgodnie z grawitacyjnym potencjałem całej gromady. Badania wykazały, że światło wewnątrz gromady jest rozmieszczone podobnie jak ciemna materia, i zaznacza położenie gromady bardziej precyzyjnie niż jakakolwiek inna metoda polegająca na jasnych znacznikach.

Opisywana metoda jest także bardziej wydajna niż bardziej złożona metoda wykorzystująca zjawisko soczewkowania grawitacyjnego. Podczas gdy ta druga wymaga precyzyjnego odtworzenia zjawiska soczewkowania oraz czasochłonnych kampanii spektroskopowych, metoda zaprezentowana przez Montes wykorzystuje jedynie głębokie zdjęcia kosmosu. Oznacza to, że za jej pomocą w ramach tego samego czasu obserwacyjnego można zbadać więcej gromad galaktyk.

Wyniki badań sugerują możliwość badania ostatecznej natury ciemnej materii. “Jeżeli ciemna materia oddziałuje sama ze sobą, możemy zaobserwować to jako drobne odchylenia rozkładu ciemnej materii od tej słabej poświaty pojedynczych gwiazd” podkreśla Ignacio Trujillo (Instituto de Astrofisica de Canarias w Hiszpanii), współautor opracowania. Aktualnie, jedyne co wiemy o ciemnej materii to to, że oddziałuje ze zwykłą materią barionową grawitacyjnie, ale w żaden inny sposób. Odkrycie, że oddziałuje ona sama ze sobą nałożyłoby znaczące ograniczenia na jej tożsamość.

Jak na razie Montes i Trujillo planują przejrzeć więcej z pierwotnych sześciu gromad, aby sprawdzić czy ich metoda sprawdza się także w nich. Kolejnym istotnym testem metody będą obserwacje i analizy dodatkowych gromad galaktyk przeprowadzone przez inne zespoły badawcze.

Źródło: ESA/Hubble