„Ciemność widzę, ciemność”
Tym razem nie chodzi tu o słynną z naszych ekranów kinowych „Seksmisję”. W skali ziemskiej trudno to sobie wyobrazić, ale gromady galaktyk zderzają się. Kiedy dochodzi do kolizji rozpędzonych gromad galaktyk, ich ciemna materia przenika się wzajemnie, co wywołuje nadzwyczajne interakcje.
Naukowcy na tropie ciemnej materii
Wyniki badań przeprowadzonych przez szwajcarskich naukowców z École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) i Uniwersytetu w Edynburgu mogą wpłynąć na wyobrażenie, iż ciemna materia składa się jedynie z cząstek.
Ciemna materia jest jedną z wielkich tajemnic nauki. Jej ogromna ilość we wszechświecie pozostaje niewidoczna i nadal jest zagadką leżącą dotychczas poza sferą naszego poznania. Różne teorie konkurują między sobą, zaś naukowcy starają się wyjaśnić kosmiczną osobliwość, na razie jednak bez przekonujących rezultatów.
W trakcie badań porównawczych prowadzonych przez naukowców z EPFL i Uniwersytetu w Edynburgu, badano zachowanie ciemnej materii w momentach kolizji gromad galaktyk przez okres kilku miliardów lat. Opublikowane w dniu 27 marca br. w „Science” wyniki badań można uznać za najbardziej obiecujące i wiodące do poznania fenomenu ciemnej materii.
Czym jest ciemna materia ?
Mimo, że ciemna materia stanowi 90% całej materii we wszechświecie i gromadzi ponad jedną czwartą jego energii, niewiele o niej wiemy. Oddziałuje z materią widzialną jedynie grawitacyjnie, w środowisku gazowym, gdzie nie występuje tarcie i działania aerodynamiki. Wśród astronomów panuje przekonanie, że składa się z cząstek subatomowych nowego, nieznanego jeszcze pochodzenia, które czekają dopiero na odkrycie. Inne poglądy skupiają się na dociekaniu, czy ciemna materia jest efektem powstania „nieprawidłowych” kwantów, już w momencie narodzin wszechświata. Jeszcze bardziej oryginalnie brzmi twierdzenie, że jest zmodyfikowaną formą grawitacji.
Wiemy, że ciemna materia wchodzi w interakcje ze strukturami kosmicznymi dzięki grawitacji, w rezultacie kształtuje je i modeluje. Inną szczególną cechą jest fakt, że ciemna materia ugina światło, które przechodząc przez nią, zniekształca obrazy odległych obiektów kosmicznych. Ponadto przyspiesza ruch galaktyk wewnątrz gromad.
Zaglądanie przez dziurkę od klucza
David Harvey w Laboratorium Astrofizyki EPFL bada kolizje gromad galaktyk, aby odnaleźć przesłanki, które mogą rzucić nowe światło na istotę ciemnej materii. Kontynuując swoją pracę doktorską w Królewskim Obserwatorium Astronomicznym w Edynburgu, on i jego koledzy przebadali dane z 72 znanych nam zderzeń gromad galaktyk. Te kosmiczne katastrofy miały miejsce w ciągu miliardów lat, kiedy gromady galaktyk przyciągały się wzajemnie z powodu swoich olbrzymich mas. Kiedy dochodzi do tych kosmicznych zderzeń, ciemna materia w każdej z gromad oddziałuje na siebie wzajemnie, stwarzając przez to niepowtarzalną okazję do badań.
Dane Harvey’a pochodzą z obserwacji dokonywanych przy pomocy teleskopu kosmicznego Chandra (Chandra X-ray Space Observatory) i teleskopu Hubble’a, w tym szczególnie z badań słynnej Gromady Pocisk (Bullet Cluster, 1E0657-558 ), położonej w gwiazdozbiorze Kila. Powstała ona w wyniku kolizji dwóch gromad galaktyk z prędkością 4700 km/s. Jej przesunięcie ku czerwieni wynosi z = 0,296, dzięki czemu można było określić odległość od Ziemi, która w tym przypadku wynosi ok. 3,5 miliarda lat świetlnych. Ta szczególna kolizja jest najlepszym obecnie dowodem na istnienie ciemnej materii.
Na drodze do prawdy
Naukowcy przeanalizowali dane, aby można było zmierzyć fluktuację momentu pędu ciemnej materii. Eksperymenty przeprowadzane w Wielkim Zderzaczu Hadronów pokazały, że jeśli cząstki elementarne są w interakcji, zmianom ulega także ich pęd. Dlatego też na podstawie tego, co stało się z ciemną materią po słynnej kolizji, naukowcy mogli wyciągnąć kolejne wnioski.
Aby uwierzytelnić teorię, że ciemna materia składa się z cząstek, oparli się na dwóch możliwych scenariuszach: albo cząstki ciemnej materii oddziaływały często, ale ich moment pędu zmieniał się w niewielkim stopniu, lub też oddziaływały sporadycznie, ale moment pędu zwiększał się radykalnie. W pierwszym przypadku ciemna materia ulegałaby po kolizji spowolnieniu, ponieważ częste interakcje cząstek mogły stanowić dodatkowy hamulec. Przy drugim scenariuszu, ciemna materia ulega rozproszeniu w kosmosie.
Nieoczekiwanie odkryto, że cząstki ciemnej materii w wyniku zderzeń gromad galaktycznych po prostu przenikają siebie nawzajem. Konsekwencją było założenie, że cząstki ciemnej materii nie wchodzą w interakcję z tymi, które powodowały spowolnienie. Zamiast tego zauważono, że cząstki ciemnej materii oddziałują „niegrawitacyjnie” na materię widzialną i nie zaobserwowano reakcji ich miedzy sobą.
Co ważniejsze, badania zmieniły podejście, iż ciemna materia składa się jedynie z cząstek przypominających strukturalnie protony. – Choć to mało prawdopodobne, ale przyjęliśmy możliwość wchodzenia w interakcję dwóch cząstek czarnej materii z dwoma realnymi protonami, co mogłoby oznaczać, że ciemna materia nie składa się wyłącznie tylko z „ciemnych protonów”. Gdyby tak było, to obie cząstki odpychałyby się wzajemnie od siebie – – mówił David Harvey.
źródło: phys.org
Przekaż wieści dalej!
