Czyżby po raz pierwszy zaobserwowano ciemną materię

Czyżby po raz pierwszy zaobserwowano ciemną materięOriginal press release

Hubble image of the galaxy cluster Abell 3827Być może po raz pierwszy zaobserwowano ciemną materię oddziałującą z inną ciemną materią w sposób inny niż poprzez oddziaływanie grawitacyjne. Obserwacje zderzających się galaktyk prowadzone za pomocą teleskopów ESO VLT oraz NASA/ESA Kosmicznego Teleskopu Hubble Space Telescope dostarczyły pierwszych intrygujących wskazówek na temat natury tego tajemniczego składnika Wszechświata.

Korzystając z instrumentu MUSE zainstalowanego na teleskopie VLT w Chile, a także ze zdjęć dostarczonych przez teleskop Hubble, zespół astronomów zbadał jednoczesną kolizję czterech galaktyk w gromadzie Abell 3827. Badacze byli wstanie określić gdzie znajduje się masa w tym systemie i porównać rozmieszczenie ciemnej materii z pozycjami jasnych galaktyk.

Chociaż ciemnej materii nie można zobaczyć, naukowcy mogą wywnioskować jej położenie dzięki technice zwanej soczewkowaniem grawitacyjnym. Zderzenie nastąpiło w miejscu bezpośrednio przed znacznie odleglejszym, niezwiązanym źródłem. Masa ciemnej materii wokół zderzających się galaktyk w znaczny sposób zaburzyła czasoprzestrzeń, zmieniając ścieżki promieni świetlnych docierających do odległej galaktyki tła – oraz zniekształcając jej obraz w charakterystyczne kształty łuków.

Według obecnego stanu wiedzy wszystkie galaktyki znajdują się wewnątrz skupisk ciemnej materii. Bez efektu pochodzącego od grawitacji ciemnej materii, galaktyki takie jak Droga Mleczna, rozpadłyby się na skutek swojej rotacji. Aby tego uniknąć, 85 procent masy Wszechświata musi występować w formie ciemnej materii, której prawdziwa natura ciągle pozostaje tajemnicza.

W przedstawionych badaniach naukowcy obserwowali cztery zderzające się galaktyki i odkryli, że jedno ze skupisk ciemnej materii wydaje się być w tyle za galaktyką, którą otacza. Ciemna materia znajduje się obecnie 5000 lat świetlnych (50 000 bilionów kilometrów) za galaktyką – sonda kosmiczna Voyager, należąca do NASA, potrzebowałaby 90 milionów lat, aby dolecieć tak daleko.

Odstęp pomiędzy ciemną materią, a powiązaną z nią galaktyką jest przewidywany dla zderzeń, w których ciemna materia oddziałuje ze sobą chociaż w niewielki sposób inaczej niż poprzez grawitację. Jak dotąd jednak nie obserwowano ciemnej materii oddziałujące inaczej niż poprzez oddziaływania grawitacyjne.

Kierownik grupy badawczej badań, Richard Massey z Durham University, wyjaśnia: „Przywykliśmy do myślenia, że ciemna materia po prostu znajduje się dookoła, zajmując się własnymi sprawami, z wyjątkiem przyciągania grawitacyjnego. Ale jeśli ciemna materia została spowolniona podczas tej kolizji, może to być pierwszy dowód na bogatą fizykę w ciemnym sektorze – ukrytym Wszechświecie wszędzie wokół nas.”

Naukowcy wskazują, że potrzebne będą dalsze badania nad innymi efektami, które mogły spowodować opóźnienie. Potrzeba podobnych obserwacji dla większej liczby galaktyk oraz komputerowych symulacji zderzeń pomiędzy galaktykami.

Członkini zespołu, Liliya Williams z University of Minnesota, dodaje: „Wiemy, że ciemna materia istnieje, ze względu na sposób w jaki oddziałuje grawitacyjne, pomagając kształtować Wszechświat, ale ciągle krępująco mało wiemy na temat tego czym naprawdę jest ciemna materia. Nasze obserwacje sugerują, że ciemna materia może oddziaływać za pomocą sił innych niż grawitacja, co oznacza, że możemy wykluczyć kilka głównych teorii na temat tego czym ciemna materia może być.”.

Wyniki badań są zgodne z niedawnymi rezultatami zespołu, który przeanalizował 72 kolizje pomiędzy gromadami galaktyk i odkrył, ze ciemna materia w niewielkim stopniu oddziałuje ze sobą. Nowa praca uwzględnia jednak ruch pojedynczych galaktyk, a nie gromad galaktyk. Naukowcy mówią, że zderzenie pomiędzy galaktykami mogły trwać dłużej niż kolizje obserwowane w poprzednich badaniach – pozwalając efektom od nawet niewielkich sił tarcia odpowiednio narosnąć z upływem czasu i wytworzyć mierzalne opóźnienie.

Zebrane razem, oba rezultaty po raz pierwszy pokazują skrajne zachowanie ciemnej materii. Ciemna materia oddziałuje jakoś pomiędzy tymi przypadkami. Massey dodał: „W końcu przyglądamy się ciemnej materii z różnych stron – obejmując ją wiedzą z dwóch kierunków”.

źródło: ESO

First Signs of Self-interacting Dark Matter?

Dark matter may not be completely dark after all

This image from the NASA/ESA Hubble Space Telescope shows the rich galaxy cluster Abell 3827. The strange blue structures surrounding the central galaxies are gravitationally lensed views of a much more distant galaxy behind the cluster. Observations of the central four merging galaxies have provided hints that the dark matter around one of the galaxies is not moving with the galaxy itself, possibly implying dark matter-dark matter interactions of an unknown nature are occuring.

For the first time dark matter may have been observed interacting with other dark matter in a way other than through the force of gravity. Observations of colliding galaxies made with ESO’s Very Large Telescope and the NASA/ESA Hubble Space Telescope have picked up the first intriguing hints about the nature of this mysterious component of the Universe.

Using the MUSE instrument on ESO’s VLT in Chile, along with images from Hubble in orbit, a team of astronomers studied the simultaneous collision of four galaxies in the galaxy cluster Abell 3827. The team could trace out where the mass lies within the system and compare the distribution of the dark matter with the positions of the luminous galaxies.

Although dark matter cannot be seen, the team could deduce its location using a technique called gravitational lensing. The collision happened to take place directly in front of a much more distant, unrelated source. The mass of dark matter around the colliding galaxies severely distorted spacetime, deviating the path of light rays coming from the distant background galaxy — and distorting its image into characteristic arc shapes.

Our current understanding is that all galaxies exist inside clumps of dark matter. Without the constraining effect of dark matter’s gravity, galaxies like the Milky Way would fling themselves apart as they rotate. In order to prevent this, 85 percent of the Universe’s mass must exist as dark matter, and yet its true nature remains a mystery.

In this study, the researchers observed the four colliding galaxies and found that one dark matter clump appeared to be lagging behind the galaxy it surrounds. The dark matter is currently 5000 light-years (50 000 million million kilometres) behind the galaxy — it would take NASA’s Voyager spacecraft 90 million years to travel that far.

A lag between dark matter and its associated galaxy is predicted during collisions if dark matter interacts with itself, even very slightly, through forces other than gravity. Dark matter has never before been observed interacting in any way other than through the force of gravity.

Lead author Richard Massey at Durham University, explains: “We used to think that dark matter just sits around, minding its own business, except for its gravitational pull. But if dark matter were being slowed down during this collision, it could be the first evidence for rich physics in the dark sector — the hidden Universe all around us.”

The researchers note that more investigation will be needed into other effects that could also produce a lag. Similar observations of more galaxies, and computer simulations of galaxy collisions will need to be made.

Team member Liliya Williams of the University of Minnesota adds: “We know that dark matter exists because of the way that it interacts gravitationally, helping to shape the Universe, but we still know embarrassingly little about what dark matter actually is. Our observation suggests that dark matter might interact with  forces other than gravity, meaning we could rule out some key theories about what dark matter might be.”

This result follows on from a recent result from the team which observed 72 collisions between galaxy clusters and found that dark matter interacts very little with itself. The new work however concerns the motion of individual galaxies, rather than clusters of galaxies. Researchers say that the collision between these galaxies could have lasted longer than the collisions observed in the previous study — allowing the effects of even a tiny frictional force to build up over time and create a measurable lag.

Taken together, the two results bracket the behaviour of dark matter for the first time. Dark matter interacts more than this, but less than that. Massey added: “We are finally homing in on dark matter from above and below — squeezing our knowledge from two directions.”

Written by Tomasz Czarnecki

Dodaj komentarz

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