Naukowcy z NASA przy pomocy Chandra X-ray Observatory zmierzyli rozmieszczenie czarnej materii w galaktyce eliptycznej w najmniejszej dotychczas skali i odkryli, że ta tajemnicza substancja istnieje w dużych skupiskach w większej części galaktyki.

Szczegółowe pomiary sugerują, że ciemna materia nie “samooddziałuje” ze sobą w masywnych kosmicznych strukturach, jak galaktyki eliptyczne lub gromady galaktyk. Odkrycie jest kolejnym argumentem przeciw teorii “samooddziaływującej ze sobą ciemnej materii” i zawęża w ten sposób liczbę możliwych wyjaśnień enigmatycznej natury ciemnej materii, jednego z najważniejszych problemów astronomii.

Dr Michael Loewenstein i dr Richard Mushotzky z Goddard Space Flight Center w Greenbelt zaprezentowali rezultaty swoich obserwacji galaktyki eliptycznej NGC 4636 w poniedziałek, podczas 199. dorocznego spotkania American Astronomical Society w Waszyngtonie.

Wciąż nie wiemy, gdzie jest ciemna materia, ale teraz dokładniej wiemy, gdzie jej na pewno nie ma” – powiedział Loewenstein.

Naukowcy uważają, że około 90 procent materii we Wszechświecie jest w pewnej ciemnej postaci, która sprawia, że jej obecność jest odczuwalna jedynie przez grawitację. W każdym razie, właściwości jej masy mają wpływ na przyciąganie grawitacyjne. Ciemna materia wydaje się być grawitacyjnym klejem trzymającym galaktyki i gromady galaktyk razem. Żaden znany typ kosmicznych struktur nie ma w sobie wystarczająco dużo widzialnej materii, by jej masa powstrzymała go przed rozszerzaniem się.

Teoria Wielkiego Wybuchu daje pewne oszacowanie ilości “zwykłej” materii we Wszechświecie, a to wyklucza możliwość, że ciemna materia pochodzi z przyćmionych gwiazd, ciemnych brył stałego materiału lub czarnych dziur. Ciemna materia musi być egzotyczna, co oznacza, że nie może być zbudowana z protonów i elektronów. Rozmaite obserwacje radiowe, optyczne i w promieniach X dążą do wyznaczenia rozmieszczenia i natury ciemnej materii.

Loewenstein i Mushotzky policzyli stosunek masy do jasności w galaktyce NGC 4636 i odkryli, że 50 do 80 procent materii (lub masy) zawartej w promieniu ok. 35 000 lat świetlnych od centrum galaktyki (dalej niż odległość od centrum Drogi Mlecznej do Ziemi) jest nieświecąca.

Oznacza to, że ciemna materia jest bardzo skupiona i sugeruje, że niedostrzegalne jest jej samooddziaływanie ze sobą. Zatem cząstki nie są zdolne zderzać się ze sobą jak kule bilardowe i dyfundować w obszarze galaktyki. We wrześniu naukowcy z Massachusetts Institute of Technology wyciągnęli podobny wniosek ze swoich badań również bazujących na danych z Chandry.

Obserwacje Loewensteina i Mushotzky’ego nie wykluczają innych teorii “zimnej ciemnej materii”. Wśród nich są teorie egzotycznych cząstek (WIMPów, aksjonów), kosmicznych strun lub cząstek supersymetrycznych.

Mechanika kwantowa i ogólna teoria względności, dwa filary próbujące wyjaśnić działanie Wszechświata, począwszy od skali atomowej a skończywszy na kosmicznej, nie przewidują istnienia ciemnej materii. Zdefiniowanie ciemnej materii może więc stać się kamieniem milowym w ustaleniu nowej teorii, doskonale opisującej Wszechświat, która wykorzysta korzyści płynące z mechaniki kwantowej i ogólnej teorii względności.

Zdjęcie przedstawia galaktykę eliptyczną NGC 4636 w świetle widzialnym.

Chandra obserwowała NGC 4636, odległą 50 milionów lat świetlnych od Ziemi w konstelacji Panny przy pomocy Advanced CCD Imaging Spectrometer przez blisko 18 godzin (64 000 sekund). Wykorzystano również dane z XMM-Newton. Loewenstein łączył pracę w Goddard z badaniami na University of Maryland w College Park.

Autor

Łukasz Wiśniewski