Nowy olbrzymi przegląd nieba rzuci światło na ciemną materię

Po lewej: grupa galaktyk zaobserwowana w ramach przeglądu KiDS. Po prawej: ten sam obszar na niebie, ale z zaznaczonym na różowo rozmieszczeniem ciemnej materii.

Kilo-Degree Survey Collaboration/A. Tudorica & C. Heymans/ESO

Opublikowano pierwsze rezultaty z nowego dużego przeglądu ciemnej materii na niebie południowym, wykonywanego za pomocą należącego do ESO teleskopu VLT Survey Telescope (VST) w Obserwatorium Paranal w Chile. Przegląd VST KiDS pozwoli astronomom na precyzyjne pomiary ciemnej materii, struktury halo galaktyki, ewolucji galaktyk i gromad. Pierwsze wyniki z KiDS pokazują w jaki sposób charakterystyki obserwowanych galaktyk są zdeterminowane przez otaczające je olbrzymie, niewidzialne zgęszczenia ciemnej materii.

Około 85% materii we Wszechświecie jest ciemna [1], a ten rodzaj materii nie jest dobrze poznany przez fizyków. Mimo iż ciemna materia nie świeci, ani nie absorbuje światła, astronomowie mogą ją wykryć dzięki efektom, jakie wywiera na gwiazdy galaktyki, a w szczególności dzięki oddziaływaniu grawitacyjnemu. Duży projekt ESO, korzystający z potężnych teleskopów do przeglądów nieba, pokazuje dokładniej niż do tej pory związki pomiędzy tajemniczą ciemną materią, a świecącymi galaktykami, które możemy obserwować bezpośrednio [2].

Projekt, znany jako Kilo-Degree Survey (KiDS), korzysta ze zdjęć z VLT Survey Telescope I jego olbrzymiej kamery OmegaCAM. Teleskop ten, umiejscowiony w należącym do ESO Obserwatorium Paranal w Chile, jest dedykowany przeglądom nocnego nieba w świetle widzialnym – i jest uzupełniany przez teleskop VISTA do przeglądów w podczerwieni. Jednym z głównych celów VST jest wykonanie map ciemnej materii, a następnie ich użycie do zrozumienia tajemniczej ciemnej energii, która powoduje, że tempo rozszerzania się Wszechświata rośnie.

Najlepszym sposobem na sprawdzenie gdzie znajduje się ciemna materia jest soczewkowanie grawitacyjne — zaburzenie podstawowej grawitacji Wszechświata, które wpływa na światło przychodzące od odległych galaktyk położonych daleko za ciemną materią. Analizując ten efekt można wykonać mapy miejsc, w których grawitacja jest najsilniejsza, a zatem w których znajduje się materia, w tym ciemna materia.

Jako część pierwszej serii publikacji, międzynarodowy zespół badawczy KiDS, kierowany przez Koena Kuijkena z Leiden Observatory w Holandii [3], wykorzystał to podejście do analizy zdjęć ponad dwóch milionów galaktyk odległych typowo o 5,5 miliarda lat świetlnych [4]. Naukowcy badali zaburzenia światła emitowanego przez galaktyki, które zakrzywia się gdy w trakcie swojej drogi w kierunku Ziemi przechodzi w pobliżu masywnych zagęszczeń ciemnej materii.

Pierwsze rezultaty pochodzą zaledwie z 7% finalnego obszaru przeglądu i koncentrują się na wykonaniu map rozmieszczenia ciemnej materii w grupach galaktyk. Większość galaktyk istnieje w grupach — dotyczy to także naszej własnej Drogi Mlecznej, która jest częścią Grupy Lokalnej — zatem zrozumienie jak wiele ciemnej materii zawierają jest kluczowym testem całej teorii formowania przez galaktyki kosmicznej sieci. Z efektu soczewkowania grawitacyjnego, grupy te wydają się zawierać około 30 raz więcej ciemnej materii niż materii widzialnej.

„Co interesujące, najjaśniejsza galaktyka prawie zawsze znajduje się w środku zgęszczenia ciemnej materii” mówi Massimo Viola (Leiden Observatory, Holandia), główny autor jednej z publikacji zespołu KiDS.

„Przewidywania teorii formowania się galaktyk, według których galaktyki kontynuują gromadzenie się w grupy i przemieszczanie w kierunku ich centrów, nigdy nie zostały wcześniej tak dobrze pokazane obserwacyjnie” dodaje Koen Kuijken.

Wyniki są dopiero początkiem dużego programu zbadania zestawów danych pochodzących z teleskopów do przeglądów nieba oraz danych, które są dostępne publicznie dla naukowców na całym świecie poprzez archiwum ESO.

Przegląd KiDS pomoże w lepszym zrozumieniu ciemnej materii. Możliwość wyjaśnienia ciemnej materii i jej efektów stanie się dużym przełomem w fizyce.

Uwagi

[1] Astronomowie ustalili, że całkowita zawartość masy/energii we Wszechświecie jest podzielona w proporcjach: 68% ciemnej energii, 27% ciemnej materii i 5% „normalnej” materii. Zatem 85% odnosi się do ułamka „materii”, która jest ciemna.

[2] Obliczenia za pomocą superkomputerów pokazują w jaki sposób Wszechświat wypełniony ciemną materią będzie ewoluował: wraz z upływem czasu ciemna materii będzie gromadzić się w olbrzymią strukturę kosmicznej sieci, a galaktyki i gwiazdy będą powstawać z gazu w najgęstszych miejscach koncentracji ciemnej materii.

[3] Międzynarodowy zespół badawczy KiDS obejmuje naukowców z Holandii, Wielkiej Brytanii, Niemiec, Włoch i Kanady.

[4] Niniejsza praca wykorzystała trójwymiarową mapę grup galaktyk dostarczoną przez projekt Galaxy And Mass Assembly (GAMA), wykonaną dzięki szerokim obserwacjom na Anglo-Australian Telescope.

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1079