Пръстените на Айнщайн казват повече за природата на тъмната материя

Ваня Милева Последна промяна на 24 април 2023 в 00:01 14443 0

Гравитационната леща

Кредит Hubble Space Telescope / NASA / ESA

Гравитационната леща около HS 0810+2554.

Айнщайн е предсказал гравитационните лещи преди повече от сто години въз основа на своята Обща теория на относителността от 1915 г.: пространството може да бъде изкривено от голяма маса, което след това води до отклоняване и на траекториите на светлинните лъчи, преминаващи през пространството.

Гравитационните лещи се образуват, когато светлината, например от далечни галактики, се отклонява от галактически  куп на преден план. Тогава се получават светлинни дъги около галактически куп и понякога подреждането в една линия Земя - гравитационна леща (галактически куп) - галактика на заден план е толкова перфектно, че дори създава пълен пръстен, т. нар. Айнщайнов пръстен.

Такива пръстени на Айнщайн са използвани от Алфред Амрут (Alfred Amruth) от Университета на Хонконг и неговите колеги, за да разберат повече за естеството на тъмната материя - мистериозната субстанция, която съставлява около 85 % от цялата материя във Вселената, без да можем да видим нищо от нея, с изключение на гравитационните ѝ ефекти.

Кредит: David Harvey/University of Leiden

По-горе можете да видите как работи такава гравитационна леща. Ако гравитационната леща не е съвсем центрирана, една част от светлината от фоновата галактика може да измине по-дълъг път от друга. Такъв е случаят, например, в HS 0810+2554 - система, в която пръстенът на фоновата галактика - по-точно квазар - е изкривен в няколко кадъра. Масата на "системата на гравитационната леща" в центъра (между Земята и фоновата галактика) причинява това умножаване на кадрите и е комбинация от обикновена и тъмна материя, която образува тази маса.

Няколко гравитационни лещи на квазари, включително HS 0810+2554, наблюдавани от Хъбъл. Кредит: NASA, ESA, A. Nierenberg (JPL), T. Treu, D. Gilman (UCLA)

Аксиони срещу WIMP

Големият въпрос, който стои пред астрономите и физиците от десетилетия, е какво точно представлява тъмната материя.

Грубо казано, съществуват две теории: според едната това са WIMP (weakly interactive massive particles), "слабо взаимодействащи масивни частици", тежки, бавно движещи се частици, които не реагират с обикновените частици.

Според другата теория това са аксиони, много леки, бързо движещи се частици, вид бозони, които също не реагират с обикновената материя. WIMP биха се държали като частици, докато аксионите са по-скоро вълни, получени в резултат на квантова интерференция.

Сега Амрут и екипът му се опитват да проверят дали могат да се използват пръстени на Айнщайн, като например от HS 0810+2554, за да се разграничат двата вида тъмна материя - WIMP и аксиони.

Използвайки подробни модели, те разглеждат какви ефекти биха се появили, когато светлината преминава през галактика с WIMP и аксиони като тъмна материя.

Резултатите показват, че ако тъмната материя се състои от WIMP, пръстените на Айнщайн не изглеждат така, както се наблюдават всъщност, докато аксионите възпроизвежда точно всички характеристики на системата.

Изводът е, че аксионите са по-вероятен кандидат за тъмна материя и способността им да обясняват аномалии на лещи и други астрофизични наблюдения предизвиква вълнение у учените.

Новото изследване се основава на предишни проучвания, които също сочат аксионите като по-вероятната форма на тъмна материя. Например едно проучване от 2018 г. разглежда ефектите на аксионната тъмна материя върху космическия микровълнов фон, докато друго изследва поведението на тъмната материя в галактиките джуджета.

Справка: Alfred Amruth et al, Einstein rings modulated by wavelike dark matter from anomalies in gravitationally lensed images, Nature Astronomy (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-01943-9

Източник: New look at 'Einstein rings' around distant galaxies just got us closer to solving the dark matter debate
Rossana Ruggeri, The Conversation

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !