Zagadkowy przypadek brakującej (ciemnej) materii

Zagadkowy przypadek brakującej (ciemnej) materiiOriginal Press Release
Najdokładniejsze w historii badania ruchu gwiazd w Drodze Mlecznej nie odnalazły dowodów obecności ciemnej materii w dużym obszarze przestrzeni wokół Słońca.

Ilość masy jaką wyliczyliśmy w przestrzeni wokół Słońca dobrze pasuje do tego, co w niej widzimy: gwiazd, pyłu i gazu. Jednak to nie pozostawia miejsca na dodatkową, ciemną materię – której się spodziewaliśmy. Nasze obliczenia pokazują, że ciemna materia powinna być wyraźnie widoczna w pomiarach. Ale jej po prostu tam nie było!

Christian Moni Bidin
Departamento de Astronomía
Universidad de Concepción

Zespół wykorzystujący 2,2-metrowy teleskop MPG/ESO Obserwatorium ESO La Silla, jak również inne teleskopy, wykonał mapę ruchu ponad 400 gwiazd w odległościach do 13 000 lat świetlnych od Słońca. Na podstawie nowych danych naukowcy wyliczyli masę materii w sąsiedztwie Słońca, w przestrzeni o czterokrotnie większej objętości niż we wcześniejszych badaniach.

Ciemna materia to tajemnicza substancja, której można dostrzec, lecz która ujawnia się poprzez grawitacyjne oddziaływanie z normalną materią. Ten dodatkowy składnik kosmosu został początkowo zaproponowany dla wyjaśnienia dlaczego zewnętrzne części galaktyk, wśród nich również Drogi Mlecznej, obracają się tak szybko, jednak obecnie ciemna materia stanowi podstawowy element teorii dotyczących powstawania i rozwoju galaktyk.

Pomimo, że jak dotąd ciemna materia skutecznie nie poddała się próbom wyjaśnienia jej natury, naukowcy powszechnie uważają, że odpowiada ona za około 80% masy we Wszechświecie. Wszelkie próby wykrycia jej prowadzone w laboratoriach na Ziemi zakończyły się porażką.

Ponieważ ruchy gwiazd są wynikiem wzajemnego oddziaływania grawitacyjnego materii – zarówno normalnej, takiej jak gwiazdy czy gaz, jak i ciemnej – zatem starannie mierząc ruchy wielu gwiazd, w szczególności tych, które leżą z dala od płaszczyzny Drogi Mlecznej, naukowcy mogli wyliczyć ile materii znajduje się w badanej przestrzeni.

Istniejące modele opisujące powstawanie galaktyk i ich rotację sugerują, że Droga Mleczna jest otoczona przez halo ciemnej materii. Choć nie przewidują one precyzyjnie kształtu tego halo, to wskazują że w obszarze wokół Słońca powinna znajdować się znacząca ilość ciemnej materii. Nowe badania stanowią wyzwanie dla teorii bowiem jedynie bardzo mało prawdopodobny kształt halo – na przykład niezwykle wydłużony – jest konieczny do wyjaśnienia zaobserwowanego w nowych badaniach braku ciemnej materii.

Nowe wyniki oznaczają także, że próby wykrycia ciemnej materii na Ziemi poprzez poszukiwanie interakcji pomiędzy jej cząstkami, a cząstkami normalną materii barionowej, mają bardzo małą szansę na sukces.

„Pomimo nowych wyników Droga Mleczna z pewnością wiruje znacznie szybciej niż gdyby za jej rotację odpowiadała jedynie widzialna materia. Zatem jeśli ciemna materia nie jest obecna tam, gdzie się jej spodziewaliśmy, trzeba poszukać nowe rozwiązanie problemu brakującej masy. Nasze wyniki zaprzeczają obecnie akceptowanym modelom. Tajemnica ciemnej materii stała się jeszcze bardziej tajemnicza. Przyszłe przeglądy nieba, takie jak planowana misja ESA Gaia, będą kluczowe by ruszyć dalej z badaniami”- mówi Christian Moni Bidin, kierujący zespołem, który przeprowadził badania.

Źródła:

Serious Blow to Dark Matter Theories?

The most accurate study so far of the motions of stars in the Milky Way has found no evidence for dark matter in a large volume around the Sun. According to widely accepted theories, the solar neighbourhood was expected to be filled with dark matter, a mysterious invisible substance that can only be detected indirectly by the gravitational force it exerts. But a new study by a team of astronomers in Chile has found that these theories just do not fit the observational facts. This may mean that attempts to directly detect dark matter particles on Earth are unlikely to be successful.

A team using the MPG/ESO 2.2-metre telescope at ESO’s La Silla Observatory, along with other telescopes, has mapped the motions of more than 400 stars up to 13 000 light-years from the Sun. From this new data they have calculated the mass of material in the vicinity of the Sun, in a volume four times larger than ever considered before.

“The amount of mass that we derive matches very well with what we see — stars, dust and gas — in the region around the Sun,” says team leader Christian Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile). “But this leaves no room for the extra material — dark matter — that we were expecting. Our calculations show that it should have shown up very clearly in our measurements. But it was just not there!”

Dark matter is a mysterious substance that cannot be seen, but shows itself by its gravitational attraction for the material around it. This extra ingredient in the cosmos was originally suggested to explain why the outer parts of galaxies, including our own Milky Way, rotated so quickly, but dark matter now also forms an essential component of theories of how galaxies formed and evolved.

Today it is widely accepted that this dark component constitutes about the 80% of the mass in the Universe [1], despite the fact that it has resisted all attempts to clarify its nature, which remains obscure. All attempts so far to detect dark matter in laboratories on Earth have failed.

By very carefully measuring the motions of many stars, particularly those away from the plane of the Milky Way, the team could work backwards to deduce how much matter is present [2]. The motions are a result of the mutual gravitational attraction of all the material, whether normal matter such as stars, or dark matter.

Astronomers’ existing models of how galaxies form and rotate suggest that the Milky Way is surrounded by a halo of dark matter. They are not able to precisely predict what shape this halo takes, but they do expect to find significant amounts in the region around the Sun. But only very unlikely shapes for the dark matter halo — such as a highly elongated form — can explain the lack of dark matter uncovered in the new study [3].

The new results also mean that attempts to detect dark matter on Earth by trying to spot the rare interactions between dark matter particles and “normal” matter are unlikely to be successful.

“Despite the new results, the Milky Way certainly rotates much faster than the visible matter alone can account for. So, if dark matter is not present where we expected it, a new solution for the missing mass problem must be found. Our results contradict the currently accepted models. The mystery of dark matter has just become even more mysterious. Future surveys, such as the ESA Gaia mission, will be crucial to move beyond this point.” concludes Christian Moni Bidin.

Written by admin

Dodaj komentarz

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