07 юли 2020
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Малки клъстери тъмна материя доказват, че загадъчната субстанция е по-скоро студена

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 13 януари 2020 в 13:00 68330
Гравитационна лещи. Кредит: NASA, ESA и D. Player/STScI.

Клъстерите тъмна материя могат да бъдат изненадващо малки и студени. Ново изследване по данни на космическия телескоп "Хъбъл" ни отвежда с една крачка по-близо до разбирането на мистериозната тъмна материя.

Когато търсят тъмна материя, астрономите трябва да „ловят призраци“. Защото тъмната материя е невидима субстанция, която не може да бъде видяна директно.

И все пак тя съставлява по-голямата част от масата на Вселената и образува скелета, върху който са изградени галактиките. Тъмната материя е гравитационното "лепило", което държи заедно галактиките, както и галактически клъстери. Астрономите могат да засекат присъствието му индиректно, като измерват как гравитацията му влияе на звездите и галактиките.

Не знаем от какви частици е изградена тъмната материя, но е почти сигурно те няма да са електроните, протоните и неутроните, с които сме запознати или т.нар. нормална барионна материя.

Тайнствената субстанция може да е изградена от някаква неизвестна субатомна частица, която слабо взаимодейства с нормалната материя. Популярна теория твърди, че от каквито и частици да е направена, тези частици не би трябвало да се движат много бързо. Това може да обясни защо тъмната материя има склонност да се събира заедно (да образува клъстери). Според тази идея Вселената съдържа широк спектър от концентрации на тъмна материя, от малки до големи.

Ако това е така, това би създало "студена" тъмна материя. Алтернативна теория подкрепя идеята за „гореща“ тъмна материя, при която частиците се движат с релативистични скорости (близки до скоростта на светлината).

Струпвания от тъмна материя могат да помогнат за решаването на тази дилема. „Горещата“ тъмна материя не би позволила образуването на малки клъстери, те просто се движат твърде бързо, за да позволят да се образуват малки парченца. Така че, ако успеем да открием малки клъстери, това би оказало подкрепа на хипотезата за „студената“ тъмна материя.

Но тъмната материя не може да се наблюдава и това е проблем.

Гравитационни лещи

Изследователите решават да се възполват от един стар инструмент - гравитационните лещи. Но по нов начин.

Гравитационните лещи, както подсказва името им, представлява техниката за използване на гравитационното привличане като леща. Всички тела действат гравитационно, но обектите, които са наистина много масивни, могат да изкривят дори самата светлина. Макар че това изкривяване често е много фино, то все още се открива.

Ако наблюдаваме далечна, ярка галактика през телескоп и друг масивен обект е разположен между нашия телескоп и галактиката, гравитацията му може да действа като леща, огъвайки светлината.

Новото проучване използва това явление като участващите обекти са подредени по такъв начин, че около лещата се получават четири изкривени изображения, наречени Айнщайнов кръст.

Какво общо има това с тъмната материя? Би трябвало да може да се наблюдава гравитационното влияние на клъстерите тъмна материя, дори и на най-малките натрупвания.

Екипът използва космическия телескоп Хъбъл, за да изследва осем квазара с кръстове на Айнщайн - изключително ярки галактически ядра, захранвани от свръхмасивни черни дупки. Тези квазари са увеличени от гравитационните лещи на масивни галактики на преден план.

Всяка от тези снимки на космическия телескоп Хъбъл разкрива четири изкривени изображения на фоновия квазар и неговата галактика, обграждаща централното ядро, и ​​масивната галактика на преден план. Гравитацията на масивната галактика на преден план действа като лупа, като изкривява светлината на квазара в ефект, наречен гравитационна леща. Квазарите са изключително ярки далечни космически обекти, произведени от активни черни дупки. Такива четворни изображения на квазари са рядкост поради почти точното подравняване, необходимо между предната галактика и фоновия квазар. Астрономите използват ефекта на гравитационните лещи, за да открият най-малките клъстери тъмна материя, открити някога. Наличието на концентрации тъмна материя променя видимата яркост и положение на всяко изкривено изображение на квазара. Астрономите сравняват тези измервания с прогносите как биха изглеждали изображенията на квазаровите без влиянието на клъстерите тъмна материя. Изследователите използват тези измервания, за да изчислят масите на малките концентрации тъмна материя. Камерата на Хъбъл улавя инфрачервената светлина от близкия диапазон от всеки квазар и я разпръсква на съставните й цветове със спектрометър. Изображенията са направени между 2015 и 2018 г. Кредит: NASA, ESA, A. Nierenberg (JPL) and T. Treu (UCLA)

„Представете си, че всяка от тези осем галактики е гигантска лупа“, обяснява астрофизикът от Калифорнийския университет, Лос Анджелис, Даниел Гилман (Daniel Gilman), един от авторите на изследването.

"Малките клъстери тъмна материя действат като фини пукнатини върху лупа, променяйки яркостта и позицията на четирите изображения на квазара в сравнение с това, което би трябвало да се очаква да се види ако стъклото бе гладко".

Осемте квазари и галактики са подравнени така прецизно, че деформиращият ефект произвежда четири изкривени изображения на всеки квазар, почти като калейдоскоп. Подобни подравнявания са много редки и това е късмет за това проучване.

Наличието на тъмната материя променя видимата яркост и положението на всяко изкривено изображение на квазара. Изследователите измерват как се изкривява светлината от лещата и след това разглеждат яркостта и положението на всяко от изображенията, сравнявайки ги с прогнозите за това как ще изглеждат кръстовете на Айнщайн без тъмна материя. Тези сравнения им позволяват да изчислят масата на клъстериите тъмна материя, предизвикващи изкривяването.

Според резултатите съществуването на малки клъстери тъмна материя е възможно - и тези наблюдения подкрепят съществуването на по-студена тъмна материя.

„Астрономите са провеждали и преди други наблюдателни тестове на теориите за тъмната материя, но нашият предоставя най-силните доказателства за наличието на малки клъстери студена тъмна материя. Съчетавайки най-новите теоретични прогнози, статистически инструменти и нови наблюдения на Хъбъл, сега имаме много по-стабилен резултат, отколкото беше възможно преди“, заяви Анна Ниренберг (Anna Nierenberg) от Лабораторията за реактивни двигатели на НАСА в Пасадена, Калифорния, водещ автор на проучването.

Това не изключва възможността за по-гореща тъмна материя, но придава по-голяма тежест на теорията за по-студената тъмна материя. Има и смесен модел на тъмна материя, който включва и двата типа. Това обаче сигурно не е последното изследване от този тип.

Астрономите ще могат да провеждат последващи изследвания на тъмната материя, използвайки бъдещите космически телескопи на НАСА като космическия телескоп „Джеймс Уеб“ и телескопа WFIST (Wide Field Infrared Survey Telescope), като и двата са инфрачервени обсерватории.

Забележително е, че след десетилетия служба телескопът Хъбъл все още предоставя изключително полезна информация, позволяваща ни да разберем аспектите на заобикалящата ни Вселена.

Що се отнася до тъмната материя, ние няма да разгадаем нейните тайни днес или утре. Все още правим мънички стъпки, една по една, приближавайки се до разбирането какво е всъщност - и може би тогава, вече няма да е толкова "тъмна".

Екипът ще представи резултатите си на 235-ата среща на Американското астрономическо дружество в Хонолулу, Хавай.

Справка:  Daniel Gilman, et al. Warm dark matter chills out: constraints on the halo mass function and the free-streaming length of dark matter with 8 quadruple-image strong gravitational lenses. DOI: 10.1093/mnras/stz3480 . arXiv:1908.06983v4 [astro-ph.CO]: https://arxiv.org/abs/1908.06983

Източник:

Hubble detects smallest known dark matter clumps, Phys.org

Dark matter is colder than we thought — and we know this thanks to Einsteins crosses, ZMEScience


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.