Zagadkowa ciemna materia jeszcze bardziej tajemnicza

Zagadkowa ciemna materia jeszcze bardziej tajemniczaOriginal Press Release
Podobnie jak we wszystkich galaktykach, również w Drodze Mlecznej znajduje się tajemnicza substancja zwana ciemną materią.

Po zakończeniu badań wiemy mniej o ciemnej materii niż zanim je zaczynaliśmy

Matt Walker, CfA

W standardowym modelu kosmologicznym Wszechświat jest zdominowany przez ciemną energię i ciemną materię. Większość astronomów zakłada, że ciemna materia zbudowana jest z „zimnych” (tzn. powolnych) egzotycznych cząstek, które mogą się gromadzić pod wpływem grawitacji. Z czasem te nagromadzenia ciemne materii stawały się coraz większe przyciągając normalną materię – tak powstały galaktyki, które dzisiaj widzimy. Kosmolodzy używają najpotężniejszych superkomputerów do symulacji tych procesów. Wyniki ich badań wskazują, że w jądrach galaktyk powinna być najwięcej ciemnej materii. Jednak pomiary dwóch galaktyk wykazały, że ciemna materia w ich wnętrzach nie ulega koncentracji w okolicach jądra, zamiast tego jest rozmieszczona jednolicie w całych galaktykach. A to oznacza, że standardowy model kosmologiczny może być błędny.

„Po zakończeniu badań wiemy mniej o ciemnej materii niż zanim je zaczynaliśmy „- podsumował wyniki główny autor Matt Walker z Centrum Astrofizyki Harvard-Smithsonian (CfA). -” Nasze wyniki przeczą podstawowym przewidywaniom dotyczącym struktury ciemnej materii w galaktykach karłowych. Tak długo jak nie uda się teoretykom zmodyfikować przewidywania, zimna ciemna materia pozostanie niezgodna z wynikami obserwacyjnymi.”

Galaktyki karłowe składają się nawet do 99 procent z ciemnej materii. Ta dysproporcja między ciemną materią a normalną, z której zbudowane są gwiazdy sprawia, że są one idealnym celem dla astronomowie starających się zrozumieć ciemną materię. Walker wraz z Jorgem Penarrubia  z Uniwersytetu Cambridge przeanalizowali dystrybucję ciemnej materii w dwóch sąsiadach Drogi Mlecznej: galaktykach karłowych Pieca (Fornax Dwarf) i Rzeźbiarza (Sculptor Dwarf). Galaktyki te zawierają około 10 milionów gwiazd (dla porównania W drodze Mlecznej jest ich około 400 miliardów). Zespół zmierzył położenie, prędkości i podstawowe składy chemiczne od 1500 do 2500 gwiazd w każdej z galaktyk.

„Gwiazdy w galaktyce karłowej zamiast poruszać się po ładnych, okrągłych orbitach jak ma to miejsce w galaktykach spiralnych, latają w różnych kierunkach na podobieństwo pszczół w roju „- mówi Penarrubia. -„To sprawia, że znacznie trudniej jest określić w tych obiektach rozkład ciemnej materii.”

Uzyskane dane pokazały, że w obu przypadkach, ciemna materia jest rozmieszczona równomiernie w stosunkowo dużym regionie, o średnicy kilkuset lat świetlnych. Jest to sprzeczne z przewidywaniami, według których gęstość ciemnej materii powinna wzrosnąć gwałtownie w okolicach jąder tych galaktyk.

„Gdyby porównać galaktykę karłową do brzoskwini, to standardowy model kosmologiczny zakłada, że powinniśmy znaleźć w jej centrum 'pestkę' z ciemnej materii. Zamiast tego obie ze zbadanych galaktyk karłowych okazały się brzoskwiniami bez pestek „- opisuje wyniki Penarrubia.

Niektórzy astronomowie sugerują, że interakcje pomiędzy normalną a ciemną materią może prowadzić do zhomogenizowania ciemnej materii, ale obecne symulacje wskazują, że nie proces taki nie powinien mieć miejsca w galaktykach karłowych. Z nowych pomiarów wynika, że albo normalna materia oddziałuje na ciemną znacznie bardziej niż oczekiwano, lub ciemna materia nie jest „zimna”. Zespół ma nadzieję określić co jest prawdą, badając więcej galaktyk karłowych, zwłaszcza tych zawierających jeszcze większy odsetek ciemnej materii.

Źródła:

Dark Matter Mystery Deepens

Like all galaxies, our Milky Way is home to a strange substance called dark matter. Dark matter is invisible, betraying its presence only through its gravitational pull. Without dark matter holding them together, our galaxy's speedy stars would fly off in all directions. The nature of dark matter is a mystery — a mystery that a new study has only deepened.

„After completing this study, we know less about dark matter than we did before,” said lead author Matt Walker, a Hubble Fellow at the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

The standard cosmological model describes a universe dominated by dark energy and dark matter. Most astronomers assume that dark matter consists of „cold” (i.e. slow-moving) exotic particles that clump together gravitationally. Over time these dark matter clumps grow and attract normal matter, forming the galaxies we see today.

Cosmologists use powerful computers to simulate this process. Their simulations show that dark matter should be densely packed in the centers of galaxies. Instead, new measurements of two dwarf galaxies show that they contain a smooth distribution of dark matter. This suggests that the standard cosmological model may be wrong.

„Our measurements contradict a basic prediction about the structure of cold dark matter in dwarf galaxies. Unless or until theorists can modify that prediction, cold dark matter is inconsistent with our observational data,” Walker stated.

Dwarf galaxies are composed of up to 99 percent dark matter and only one percent normal matter like stars. This disparity makes dwarf galaxies ideal targets for astronomers seeking to understand dark matter.

Walker and his co-author Jorge Penarrubia (University of Cambridge, UK) analyzed the dark matter distribution in two Milky Way neighbors: the Fornax and Sculptor dwarf galaxies. These galaxies hold one million to 10 million stars, compared to about 400 billion in our galaxy. The team measured the locations, speeds and basic chemical compositions of 1500 to 2500 stars.

„Stars in a dwarf galaxy swarm like bees in a beehive instead of moving in nice, circular orbits like a spiral galaxy,” explained Penarrubia. „That makes it much more challenging to determine the distribution of dark matter.”

Their data showed that in both cases, the dark matter is distributed uniformly over a relatively large region, several hundred light-years across. This contradicts the prediction that the density of dark matter should increase sharply toward the centers of these galaxies.

„If a dwarf galaxy were a peach, the standard cosmological model says we should find a dark matter 'pit' at the center. Instead, the first two dwarf galaxies we studied are like pitless peaches,” said Penarrubia.

Some have suggested that interactions between normal and dark matter could spread out the dark matter, but current simulations don't indicate that this happens in dwarf galaxies. The new measurements imply that either normal matter affects dark matter more than expected, or dark matter isn't „cold.” The team hopes to determine which is true by studying more dwarf galaxies, particularly galaxies with an even higher percentage of dark matter.

The paper discussing this research was accepted for publication in The Astrophysical Journal and is available online.

Headquartered in Cambridge, Mass., the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) is a joint collaboration between the Smithsonian Astrophysical Observatory and the Harvard College Observatory. CfA scientists, organized into six research divisions, study the origin, evolution and ultimate fate of the universe.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *