Odległe galaktyki odkrywają tajemnice ciemnej materii


Fot. Zdjęcie przedstawia rozkład galaktyk obserwowany przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a. Kolory odpowiadają odległościom galaktyk. Różowe kontury przedstawiają emisję rentgenowską zaobserwowaną przez satelitę XMM-Newton. Źródło: ESA
Aby zważyć Wszechświat naukowcy używają dwóch rodzajów kosmicznych skali: jedną do mierzenia zwykłej materii i drugą do dedukowania ile niewidzialnej materii znajduje się w pozostałych obszarach.

Nowe obliczenia opierają się na obserwacjach małych i odległych grup galaktyk, które zawierają w sobie oba rodzaje materii. Co najważniejsze, te odległe gromady galaktyk mają w przybliżeniu taką samą proporcję ciemnej materii do zwykłej co skupiska galaktyk znajdujące się bliżej nas.

Ciemna materia nie oddziałuje ze światłem, więc nie możemy jej zaobserwować, ale możemy zauważyć jej grawitacyjny wpływ na zwykłą materię. Astronomowie mierzą ilość ciemnej materii w galaktyce za pomocą tzw. soczewkowania grawitacyjnego. Jest to zjawisko przewidziane przez Ogólną Teorię Względności Einsteina, które powoduje zmianę kierunku rozchodzenia się promieni świetlnych poruszjących się w czasoprzestrzeni zakrzywionej przez obiekty o dużej masie. Tak więc grupa masywnych galaktyk będzie zakrzywiała czasoprzestrzeń wokół siebie, powodując ugięcie światła przechodzącego przez gromadę. W naszych teleskopach zaobserwujemy zniekształcony obraz źródła światła. Na podstawie zniekształcenia można określić ile masy znajduje się w gromadzie.

Następnie astronomowie liczą ilość zwykłej materii znajdującej się w gromadzie, na podstawie jej zdjęcia wykonanego w zakresie rentgenowskim. Promieniowanie X pochodzi tylko ze zwykłych gwiazd i gazu, które tworzą tę gromadę.

Porównując ze sobą dwie otrzymane wartości - całkowitą masę i masę zwykłej materii - astronomowie otrzymują relację masa-jasność. Do tej pory relacja masa-jasność została policzona dla bliskich, dużych gromad galaktyk, jednak nie było wystarczająco dobrych danych w zakresie X dla bardziej odległych, mniejszych gromad.

Astronomowie wykorzystali obserwacje z satelity XMM-Newton i Chandra, a także Kosmicznego Teleskopu Hubble'a. Za pomocą zdjęć o wysokiej rozdzielczości udało się zebrać brakujące dane. Naukowcy odkryli, że stosunek ciemnej materii do zwykłej dla bliskich gromad dominuje także w odległych i mniejszych gramadach galaktyk.

Nowe odkrycie może rzucić także trochę światła na inną tajemnicę Wszechświata - ciemną energię. Jest to tajemnicza siła, która powoduje coraz szybsze rozszerzanie się wszechświata.

"Chcemy zrozumieć właśności ciemnej energii" mówi Alexie Leauthaud z Lawrence Berkeley National Laboratory w Berkeley. "Jednym ze sposobów jest zliczenie ile struktur powstało z danej ilości ciemnej materii".

Ogólnie ciemna energia działa na przekór grawitacji. Grawiatacja przyciąga masy do siebie, powoduje, że gromadzą się i kondensują w mniejszej przestrzeni, natomiast ciemna energi działa odwrotnie. Ta siła wszystko rozciąga, sprawiając, że wszystko oddala sie od siebie nawzajem ze wzrastajacą prędkością.

Kiedy zgromadzi się wystarczajaco dużo masy by stworzyć galaktykę, oznacza to, że grawitacja wygrała, przezwyciężając ciemną energię. Im więcej astronomowie będą wiedzieli na temat tworzenia struktur we wszechświecie, tym lepiej zrozumieją jak daleko działa ciemna energia.

5 luty 2010
Źródło | Magda Siuda

Liczba odsłon: 1927