×
Kövessen minket Facebook-on is!

Már követem az oldalt!

Az új Hubble-adatok azt sugallják, hogy a jelenlegi sötétanyag-elméletekből hiányzik egy összetevő

 

A sötét anyag az a láthatatlan „ragasztó”, amely a csillagokat, a port és a gázt egy galaxisban tartja, vagy egyszerűbben Obi-Wan Kenobi szavaival leírva: „ez az, ami a galaxist összetartja.”

A NASA/ESA Hubble űrtávcső és az Európai Déli Obszervatórium nagy teleszkópjának (VLT) chilei megfigyelései azt találták, hogy valami hiányozhat a sötét anyag viselkedésének elméleteiből. Ez a hiányzó összetevő megmagyarázhatja, hogy a kutatók miért fedeztek fel eltérést a sötét anyag klaszterekben való eloszlásában a megfigyelések és az elméleti számítógépes szimulációk között. Az új eredmények azt mutatják, hogy a sötét anyag néhány kis léptékű koncentrációja a vártnál tízszer erősebb lencsehatásokat eredményez.

Ez a titokzatos anyag alkotja a galaxis tömegének nagy részét, és képezi univerzumunk szerkezetének alapját. Mivel a sötét anyag nem bocsát ki, nem nyel el és nem tükröz fényt, jelenlétét csak a térben látható anyagra gyakorolt ​​gravitációs vonzata révén ismerjük. A csillagászok és fizikusok még mindig próbálják meghatározni, milyen anyag is ez egész pontosan.

A galaxishalmazok, az univerzum legmasszívabb és legkésőbb összeállt struktúrái a sötét anyag legnagyobb tárházai is. A klaszterek egyes taggalaxisokból állnak, amelyeket nagyrészt a sötét anyag gravitációja tart össze.

A galaxishalmazok ideális laboratóriumok annak megvizsgálására, hogy az univerzum azon numerikus szimulációi, melyek jelenleg rendelkezésre állnak, jól reprodukálják-e azt, amit a gravitációs lencsékből következtethetünk” – mondta Massimo Meneghetti, az INAF-i Bolognai Asztrofizikai és Űrtudományi Obszervatóriumtól.

Sok adatot teszteltünk ebben a tanulmányban, és biztosak vagyunk abban, hogy ez az eltérés azt jelzi, hogy valamilyen fizikai összetevő hiányzik akár a szimulációkból, akár a sötét anyag természetének megértéséből” – tette hozzá Meneghetti.

A valódi univerzumnak van egy olyan jellemzője, amelyet egyszerűen nem ragadunk meg a jelenlegi elméleti modelljeinkben” – tette hozzá Priyamvada Natarajan, a Yale Egyetem csapatának egyik vezetője. „Ez hiányosságot jelezhet a sötét anyag természetének és tulajdonságainak jelenlegi megértésében, mivel ezek a kiváló adatok lehetővé tették számunkra, hogy megvizsgáljuk a sötét anyag részletes eloszlását a legkisebb skálán.”

A sötét anyag klaszterekben való eloszlását a fény hajlásának mérésével térképezzük fel. A klaszterekbe koncentrált sötét anyag gravitációja felnagyítja és elvetemíti a távoli háttértárgyak fényét. Ez a hatás torzításokat eredményez a galaxisok alakjában, amelyek a klaszterek képein jelennek meg. A gravitációs lencse gyakran több képet is létrehozhat ugyanabból a távoli galaxisból.

Minél nagyobb a sötét anyag koncentrációja egy klaszterben, annál drámaibb annak fényhajlító hatása. Az egyes klaszter galaxisokhoz kapcsolódó kisebb méretű sötét anyag csomók jelenléte növeli a torzulások szintjét. Bizonyos értelemben a galaxishalmaz nagy méretű lencseként működik, amelybe sok kisebb lencse van beágyazva.

A csapat meglepetésére az egyes klaszterek gravitációs lencséje által előállított távoli galaxisok drámai ívei és hosszúkás vonásai mellett a Hubble-képek váratlanul sok kisebb méretű ívet és torz képet mutattak be az egyes klaszterek magja közelében, ahol a legnagyobb tömegű galaxisok vannak. A kutatók úgy vélik, hogy a beágyazott lencséket az egyes galaxisok sűrű anyagkoncentrációjának gravitációja hozza létre. Utánkövető spektroszkópiás megfigyelések mérték a csillaghalmaz galaxisai belsejében keringő csillagok sebességét, hogy összenyomják tömegüket.

„A Hubble és a VLT adatai kiváló szinergiát szolgáltattak” – osztotta meg a spektroszkópiai kampány vezetője, Piero Rosati, az olasz Università degli Studi di Ferrara egyetem munkatársa. „Összekapcsolhattuk a galaxisokat az egyes klaszterekkel és megbecsülhettük azok távolságát.”

„A csillagok sebessége megadta számunkra az egyes galaxisok tömegének becslését, beleértve a sötét anyag mennyiségét is” – tette hozzá Pietro Bergamini, az INAF Asztrofizikai és Űrtudományi Obszervatóriumának Bolognában, Olaszországban.

A csillagászok a Hubble-képalkotás és a VLT-spektroszkópia ötvözésével képesek voltak többszörösen leképezett, lencsés háttérgalaxisok tucatjainak azonosítására. Ez lehetővé tette számukra, hogy minden egyes klaszterben jól kalibrált, nagy felbontású térképet állítsanak össze a sötét anyag tömegeloszlásáról.

A csapat összehasonlította a sötét anyag térképeket hasonló tömegű, nagyjából azonos távolságban elhelyezkedő szimulált galaxishalmazok mintáival. A számítógépes modell klaszterei nem mutattak azonos sötétanyag-koncentrációs szintet a legkisebb skálákon – az egyes klaszter galaxisokhoz tartozó skálákon.

„Ezeknek az elemzéseknek az eredménye tovább demonstrálja, hogy a megfigyelések és a numerikus szimulációk hogyan haladnak együtt.”

„Fejlett kozmológiai szimulációkkal meg tudjuk felelni a cikkünkben elemzett megfigyelések minőségét, lehetővé téve a részletes összehasonlításokat, mint még soha” – tette hozzá Stefano Borgani, az olasz Università degli Studi di Trieste munkatársa.

A csillagászok, beleértve e csoport tagjait is, alig várják, hogy továbbra is vizsgálják a sötét anyagot és rejtelmeit annak érdekében, hogy végül kiderítsék annak természetét.

A csapat tanulmánya a Science folyóirat 2020. szeptember 11-i számában jelent meg.

A címlapfotó forrása: NASA