Astronomowie zdobyli nowe informacje na temat natury ciemnej materii, niewidzialnego i nieznanego materiału wypełniającego większość Wszechświata.

Za pomocą teleskopu rentgenowskiego Chandra naukowcom udało się dokładnie określić rozkład ciemnej materii w odległej gromadzie galaktyk. Te nowe pomiary mają pomóc ograniczyć listę teorii wyjaśniających naturę ciemnej materii.

John Arabadjis i Mark Bautz z Massachusetts Institute of Technology (MIT) w Cambridge oraz Gordon Garmire z Uniwersytetu w Pensylwanii ogłosili otyrzymane przez siebie rezultaty 7 września 2001 roku w Waszyngtonie na sympozjum “Dwa lata badań z Chandrą”. Obserwacje przy pomocy Chandry umożliwiły naukowcom śledzenie rozmieszczenia ciemnej materii w gromadzie galaktyk EMSS 1358+6245.

Dowody dostarczone wcześniej przez obserwacje fal radiowych, światła widzialnego i promieni rentgenowskich przekonały astronomów, że większość materii we Wszechświecie jest niewidoczna, a o jej obecności świadczy tylko oddziaływanie grawitacyjne.

Obserwacje za pomocą Chandry dostarczają nowych wskazówek odnośnie natury tej tajemniczej materii” – mówi Bautz.

Porównując wyniki naszych obserwacji z danymi z Teleskopu Hubble’a, możemy ograniczyć zakres wielkości cząsteczek ciemnej materii” – mówi Arabadjis. – “Im większe są te cząsteczki, tym silniej oddziaływują ze sobą i tym bardziej zmieniają rozmieszczenie ciemnej materii.

W gromadach galaktyk można wnioskować o ilości ciemnej materii mierząc ciśnienie wewnątrz gorącego gazu, który emituje promieniowanie rentgenowskie. Astronomowie mogą określić, jak silne oddziaływanie grawitacyjne jest wymagane, aby ten gaz nie uleciał z gromady.

Zmierzono, że w gromadzie EMSS 1358+6245 masa ciemnej materii około czterokrotnie przewyższa masę “normalnej” materii (złożonej ze znanych cząstek), co jest typowe dla dużych gromad galaktyk. Rozmieszczenie ciemnej materii jest kluczowe dla badania jej składników.

Według najpopularniejszej teorii ciemna materia jest zbudowana z cząstek zwanych zimną ciemną materią, które oddziaływują ze zwykłą materią tylko poprzez grawitację. Ostatnie obserwacje galaktyk i gromad galaktyk pozwoliły przypuszczać, że cząstki ciemnej materii oddziaływują mocniej niż zimna ciemna materia. Wskazują, że galaktyki złożone głównie z zimnej ciemnej materii powinny charakteryzować się większą koncentracją ciemnej materii, niż na to wskazują dane optyczne.

Rozwiązaniem problemu byłoby wprowadzenie pojęcia “samooddziaływującej ciemnej materii”. Porównując dane dostarczone przez teleskop Chandra z symulacjami teoretycznymi, naukowcy mogą silniej skrępować te cząsteczki. Obserwacje Chandry pokazują, że nie ma dowodu na zbytnie rozciągnięcie się ciemnej materii na odległość większą niż 150 000 lat świetlnych od centrum gromady. Wewnątrz tej przestrzeni ciemna materia jest rozmieszczona raczej jednolicie, więc nadal istnieje potrzeba wprowadzenia do rachunków możliwości zajścia kolizji między jej cząsteczkami.

Ten rezultat, mówiący o odległości od centrum gromady, to najsilniejsze ograniczenie obserwacyjne na stopień oddziaływania ciemnej materii w jądrze gromady galaktyk.

EMSS 1358+6245 znajduję się w odległości około 4 miliardów lat świetlnych w gwiazdozbiorze Smoka. Obserwacji dokonano za pomocą spektrometru Advanced CCD Imaging Spectrometer znajdującego się na teleskopie Chandra. Obserwacje miały miejsce pomiędzy 3 i 4 września 2000 roku, trwały przez ponad 15 godzin.

Autor

Anna Marszałek