Astronomowie skorzystali z satelitarnego obserwatorium rentgenowskiego Chandra do uzyskanie najbardziej szczegółowego jak dotąd obrazu rozkładu ciemnej materii w gromadzie galaktyk. Ich wyniki wskazują, że 80 procent masy znajdującej się we Wszechświecie składa się z ciemnej materii – tajemniczych cząstek elementarnych będących pozostałością po młodym i gęstym Wszechświecie.
Chandra obserwowała grupę galaktyk oznaczoną Abell 2029 i znajdująca się około miliarda lat świetlnych od Ziemi. Składa się ona z tysięcy galaktyk otoczonych obłokiem gorącego gazu i ciemnej materii o masie rzędu stu bilionów mas Słońca. W jej centrum znajduje się ogromna galaktyka eliptyczna, która powstała najprawdopodobniej przez połączenie wielu mniejszych obiektów.
Dane rentgenowskie pokazują, że gęstość ciemnej materii wzrasta w gładki sposób w kierunku centrum Abell 2029. Odkrycie zgadza się z przewidywaniami czynionymi przez modele chłodnej ciemnej materii i nie jest zgodna z innymi modelami dotyczącymi tej materii, mówiącymi o małej jej ilości w centrum gromady.
„Byłem naprawdę zaskoczony tym, jak dokładnie mogliśmy zmierzyć ilość ciemnej materii w jądrze tej gromady” – powiedział Aaron Lewis z University of California, główny autor pracy opisującej odkrycie w ostatnim numerze Astrophysical Journal. „Wciąż mamy blade pojęcie o tym, jaka jest natura tych cząstek, ale nasze wyniki pokazują, że muszą się one zachowywać jak chłodna ciemna materia.
Chłodna ciemna materia bierze swoją nazwę z założenia, że tworzące ją cząstki elementarne poruszały się powoli, gdy zaczynała się tworzyć gromada galaktyk. Cząstki ciemnej materii oddziałują ze sobą oraz z cząstkami zwykłej materii jedynie poprzez grawitację.
Dokładne wyznaczenie rozkładu ciemnej materii możliwe było przede wszystkim dzięki zdolnościom Chandry do sporządzania map o dużej rozdzielczości, ukazujących rozkład materii i jej temperaturę. Z drugiej strony to także owoc odpowiedniego wyboru celu obserwacji. Obserwowana gromada i galaktyka znajdująca się w jej centrum są niezwykle regularne z niewielkimi bądź żadnymi śladami zaburzeń.
Optyczny obraz tysięcy galaktyk znajdujących się w gromadzie Abell 2029. Zdjęcie wykonano 120-centymetrowym teleskopem w Obserwatorium Palomar.
Gorący gaz w gromadzie utrzymywany w niej jest głównie dzięki grawitacji ciemnej materii. Rozkład gorącego gazu jest więc zdeterminowany rozkładem ciemnej materii. Mierząc precyzyjnie promieniowanie rentgenowskie gorącego gazu, astronomowie są w stanie dokładnie zbadać rozkład ciemnej materii w centralnych regionach gromady.
„Abell 2029 może nudzić przeciętnego obserwatora” – powiedział David Buote, współautor pracy. „jest jednak wspaniałym obiektem do badań dla astrofizyków , gdyż pozwala na proste porównywanie teorii i obserwacji„.
Wcześniejsze obserwacje gromady galaktyk Hydra A wykonane przez Larry’ego Davida z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge, i jego współpracowników wskazywały na podobne wnioski. Jednak wybuchowa aktywność w centralnej galaktyce nie pozwalała na wyciagnięcie definitywnych wniosków dotyczących natury ciemnej materii. Obserwacje Abell 2029 stały się potwierdzeniem tych, które wykonano w gromadzie Hydra A.
