Nowe dowody na istnienie ciemnej materii

Obserwatorium rentgenowskie Chandra dostarczyło nowych dowodów na istnienie ciemnej materii . Kwestionują one alternatywne teorie grawitacji, które eliminowały potrzebę istnienia ciemnej materii. Obserwacje również uściślają z czego ta materia może się składać.

Obserwacje rentgenowskie galaktyki NGC 720, wykonane przez rentgenowskie obserwatorium Chandra i opracowane przez zespół naukowców w składzie: David Buote (University of California), Tesla Jeltema i Claude Canizares (Massachsetts Institute of Technology), ujawniły istnienie nieznacznie spłaszczonej otoczki gorącego gazu otulającej galaktykę. Kokon ten (na obrazku po lewej) jest zdecydowanie inaczej zorientowany niż materia galaktyki uwidoczniona w świetle widzialnym (na obrazku po prawej). Spłaszczenie otoczki wywołane jest oddziaływaniem grawitacyjnym z materią tworzącą galaktykę. Tyle tylko, że gwiazd i gazu jest zbyt mało aby wywołać tak wyraźne spłaszczenie.

Chandra Optyczne
Galaktyka NGC 720 w promieniach rentgenowskich (z lewej) i w świetle widzialnym (z prawej). Credit: NASA/Boute et. al, DSS/STScI

Według powszechnie obowiązującej teorii grawitacji, stabilność obłoku gorącego gazu (widocznego w zakresie rentgenowskim) zależy od tego, jak silne jest oddziaływanie grawitacyjne na ten obłok. W przypadku NGC 720 potrzeba dodatkowego źródła pola grawitacyjnego, w postaci halo utworzonego z ciemnej materii. Masa potrzebna do wygenerowania takiego pola musiałaby być ok. 5 do 10 razy większa niż masa wszystkich gwiazd tej galaktyki. Gdyby rozkład ciemnej materii odpowiadał rozkładowi materii świacącej, wówczas obłok rentgenowski miałby bardziej sferyczny kształt. Spłaszczenie obłoku wskazuje na takie samo spłaszczenie ciemnego halo.

W roku 1983 Mordehai Milgrom (Weizmann Institute, Israel) zaproponował pewną modyfikację praw grawitacji (teoria ta nosi nazwę MOND, skrót od angielskiej nazwy: Modified Newtonian Dynamics). Modyfikacja ta polega na wprowadzeniu innej niż newtonowska zależności pomiędzy siłą a przyspieszeniem. W teorii Newtona zależność ta jest liniowa (stałą proporcjonalności jest masa), natomiast według MOND siła w zakresie małych przyspieszeń jest mniejsza niż u Newtona. Innymi słowy, dla małych przyspieszeń (takich, jak np. na obrzeżach galaktyk) wystarczy mniejsza masa aby wywołać dany efekt, niż w przypadku teorii Newtona. MOND znakomicie obywa się bez ciemnej materii. Jednakże przypadek NGC 720 zdecydowanie dyskwalifikuje tę teorię!

Według Davida Buote'a (University of California) "...kształt i orientacja obłoku gorącego gazu są ściśle zdeterminowane przez rozkład halo, utworzonego przez ciemną materię". Jest to niezaprzeczalny dowód na to, że istnienie ciemnej materii nie jest iluzją spowodowaną nieścisłościami teorii grawitacji!

Materiały uzyskane przez satelitę Chandra odnoszą się również do innych przewidywań dotyczących ciemnej materii. Obserwacje pasują do teorii, według której ciemna materia składa się z powolnych cząsteczek, które oddziałują ze sobą oraz z resztą materii tylko poprzez grawitację. Istnienie np. samo-oddziałującej ciemnej materii lub zimnej ciemnej materii molekularnej pociągałoby za sobą inne rozkłady halo (odpowiednio: bardziej sferyczny lub bardziej spłaszczony). Jest to sprzeczne z obserwacjami.

Niewątpliwą zaletą obserwatorium Chandra jest możliwość dokładnej identyfikacji i lokalizacji punktowych źródeł promieniowania, które mogą zakłócić obraz rozmytej emisji rentgenowskiej. Dzięki temu pomiary kształtu i orientacji obrazów są bardzo dokładne.

15 listopada 2002
Źródło | oprac. B.Kulesza-Żydzik

Liczba odsłon: 762