Οι παρατηρήσεις προτείνουν ένα συστατικό που λείπει στην κοσμική συνταγή

Διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble MACS J1206 Dark Matter

Αυτή η εικόνα διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble δείχνει το τεράστιο σύμπλεγμα γαλαξιών MACS J1206. Ενσωματωμένα μέσα στο σύμπλεγμα είναι οι παραμορφωμένες εικόνες μακρινών γαλαξιών φόντου, που θεωρούνται τόξα και λερωμένα χαρακτηριστικά. Αυτές οι παραμορφώσεις προκαλούνται από την ποσότητα της σκοτεινής ύλης στο σύμπλεγμα, της οποίας η βαρύτητα κάμπτει και μεγεθύνει το φως από μακρινούς γαλαξίες. Αυτό το φαινόμενο, που ονομάζεται βαρυτικός φακός, επιτρέπει στους αστρονόμους να μελετήσουν απομακρυσμένους γαλαξίες που διαφορετικά θα ήταν πολύ αχνές για να δουν. Αρκετοί από τους γαλαξίες σμήνους είναι αρκετά μαζικοί και πυκνοί για να παραμορφώσουν και να μεγεθύνουν μακρινές πηγές. Οι γαλαξίες στα τρία τραβήγματα αντιπροσωπεύουν παραδείγματα τέτοιων εφέ. Στα στιγμιότυπα πάνω δεξιά και κάτω, δύο απόμακροι γαλαξίες μπλε φαίνονται από το προσκήνιο, τους κόκκινους γαλαξίες σμήνους, σχηματίζοντας δακτυλίους και πολλές εικόνες των απομακρυσμένων αντικειμένων. Οι κόκκινες σταγόνες γύρω από τον γαλαξία πάνω αριστερά υποδηλώνουν εκπομπή από σύννεφα υδρογόνου σε μία απόμακρη πηγή. Η πηγή, που φαίνεται τέσσερις φορές λόγω του φακού, μπορεί να είναι ένας αχνός γαλαξίας. Αυτές οι σταγόνες εντοπίστηκαν από το Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) στο Very Large Telescope (VLT) του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου στη Χιλή. Οι σταγόνες δεν εμφανίζονται στις εικόνες του Χαμπλ. Το MACS J1206 είναι μέρος της έρευνας Cluster Lensing And Supernova με το Hubble (CLASH) και είναι ένα από τα τρία συμπλέγματα γαλαξιών που μελέτησαν οι ερευνητές με το Hubble και το VLT. Η εικόνα του Hubble είναι ένας συνδυασμός παρατηρήσεων ορατού και υπέρυθρου φωτός που λήφθηκαν το 2011 από την Advanced Camera for Surveys και την κάμερα Wide Field 3.
Πίστωση: NASA, ESA, P. Natarajan (Πανεπιστήμιο Yale), G. Caminha (Πανεπιστήμιο του Γκρόνινγκεν), M. Meneghetti (INAF-Παρατηρητήριο Αστροφυσικής και Διαστημικής Επιστήμης της Μπολόνια), οι ομάδες CLASH-VLT / Zooming. αναγνώριση: NASA, ESA, M. Postman (STScI), η ομάδα CLASH

Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι μπορεί να υπάρχει ένα συστατικό που λείπει στην κοσμική συνταγή μας για το πώς συμπεριφέρεται η σκοτεινή ύλη.

Οι αστρονόμοι έχουν ανακαλύψει μια ασυμφωνία μεταξύ των θεωρητικών μοντέλων για το πώς η σκοτεινή ύλη πρέπει να διανέμεται σε σμήνες γαλαξιών και παρατηρήσεις της πρόσφυσης της σκοτεινής ύλης σε σμήνη.

Η σκοτεινή ύλη δεν εκπέμπει, απορροφά ή αντανακλά το φως. Η παρουσία του είναι γνωστή μόνο μέσω της βαρυτικής έλξης της ορατής ύλης στο διάστημα. Ως εκ τούτου, η σκοτεινή ύλη παραμένει τόσο αόριστη όσο η Αλίκη στο Cheshire Cat της Wonderland – όπου βλέπετε μόνο το χαμόγελο της (με τη μορφή βαρύτητας) αλλά όχι το ίδιο το ζώο.

Ένας τρόπος με τον οποίο οι αστρονόμοι μπορούν να ανιχνεύσουν τη σκοτεινή ύλη είναι με τη μέτρηση του τρόπου με τον οποίο η βαρύτητα της στρεβλώνει το χώρο, ένα φαινόμενο που ονομάζεται βαρυτικός φακός.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι συγκεντρώσεις σκοτεινής ύλης μικρής κλίμακας στα σμήνη παράγουν βαρυτικά φαινόμενα φαινόμενα που είναι 10 φορές ισχυρότερα από το αναμενόμενο. Αυτά τα στοιχεία βασίζονται σε άνευ προηγουμένου λεπτομερείς παρατηρήσεις αρκετών τεράστιων γαλαξιακών ομάδων από ΝΑΣΑ‘μικρό Διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και το Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο Πολύ μεγάλο τηλεσκόπιο (VLT) στη Χιλή.


Οι αστρονόμοι φαίνεται να αποκάλυψαν μια αινιγματική λεπτομέρεια στον τρόπο με τον οποίο συμπεριφέρεται η σκοτεινή ύλη. Βρήκαν μικρές, πυκνές συγκεντρώσεις σκοτεινής ύλης που κάμπτουν και μεγεθύνουν το φως πολύ πιο έντονα από το αναμενόμενο. Πίστωση: Το διαστημικό κέντρο πτήσης Goddard της NASA

Τα σμήνη γαλαξιών, οι πιο τεράστιες δομές στο σύμπαν που αποτελούνται από γαλαξίες μεμονωμένων μελών, είναι τα μεγαλύτερα αποθετήρια της σκοτεινής ύλης. Όχι μόνο συγκρατούνται σε μεγάλο βαθμό από τη βαρύτητα της σκοτεινής ύλης, οι ατομικοί γαλαξίες συμπλέγματος είναι οι ίδιοι γεμάτοι με τη σκοτεινή ύλη. Η σκοτεινή ύλη στα σμήνη κατανέμεται επομένως σε μεγάλες και μικρές κλίμακες.

«Τα σμήνη γαλαξιών είναι ιδανικά εργαστήρια για να κατανοήσουν εάν οι προσομοιώσεις υπολογιστών του σύμπαντος αναπαράγουν αξιόπιστα τι μπορούμε να συμπεράνουμε για τη σκοτεινή ύλη και την αλληλεπίδρασή της με τη φωτεινή ύλη», δήλωσε ο Massimo Meneghetti του INAF (Εθνικό Ινστιτούτο Αστροφυσικής) – Παρατηρητήριο Αστροφυσικής και Διαστημικής Επιστήμης της Μπολόνια στην Ιταλία, ο κύριος συγγραφέας της μελέτης.

«Έχουμε κάνει πολλές προσεκτικές δοκιμές στη σύγκριση των προσομοιώσεων και των δεδομένων σε αυτήν τη μελέτη, και το εύρημα μας για την αναντιστοιχία συνεχίζεται», συνέχισε ο Meneghetti. “Μία πιθανή προέλευση για αυτήν την ασυμφωνία είναι ότι ενδέχεται να χάνουμε κάποια βασική φυσική στις προσομοιώσεις.”

Priyamvada Natarajan της Πανεπιστήμιο Yale στο New Haven, στο Κονέκτικατ, ένας από τους ανώτερους θεωρητικούς της ομάδας, πρόσθεσε: «Υπάρχει ένα χαρακτηριστικό του πραγματικού σύμπαντος που απλά δεν καταγράφουμε στα τρέχοντα θεωρητικά μας μοντέλα. Αυτό θα μπορούσε να σηματοδοτήσει ένα κενό στην τρέχουσα κατανόησή μας για τη φύση της σκοτεινής ύλης και τις ιδιότητές της, καθώς αυτά τα εξαιρετικά δεδομένα μας επέτρεψαν να διερευνήσουμε τη λεπτομερή κατανομή της σκοτεινής ύλης στις μικρότερες κλίμακες. “

Η εφημερίδα της ομάδας θα εμφανιστεί στο τεύχος 11 του Σεπτεμβρίου του περιοδικού Επιστήμη.

Η κατανομή της σκοτεινής ύλης σε συστάδες χαρτογραφείται μέσω της κάμψης του φωτός ή του φαινομένου βαρυτικού φακού που παράγουν. Η βαρύτητα της σκοτεινής ύλης μεγεθύνεται και στρεβλώνει φως από μακρινά αντικείμενα φόντου, σαν έναν καθρέφτη διασκέδασης, παράγοντας παραμορφώσεις και μερικές φορές πολλές εικόνες του ίδιου μακρινού γαλαξία. Όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση της σκοτεινής ύλης σε ένα σύμπλεγμα, τόσο πιο δραματική είναι η κάμψη του φωτός.

Οι ευκρινείς εικόνες του Χαμπλ, σε συνδυασμό με τα φάσματα του VLT, βοήθησαν την ομάδα να δημιουργήσει έναν ακριβή χάρτη σκοτεινής ύλης υψηλής πιστότητας. Προσδιόρισαν δεκάδες γαλαξίες με πολλαπλές εικόνες, φακούς, φόντο Μετρώντας τις παραμορφώσεις του φακού, οι αστρονόμοι θα μπορούσαν να εντοπίσουν την ποσότητα και την κατανομή της σκοτεινής ύλης.

Τα τρία βασικά γαλαξιακά σμήνη που χρησιμοποιήθηκαν στην ανάλυση, MACS J1206.2-0847, MACS J0416.1-2403 και Abell S1063, ήταν μέρος δύο ερευνών Hubble: The Frontier Fields and the Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble (CLASH) προγράμματα.

Προς έκπληξη της ομάδας, οι εικόνες του Χαμπλ αποκάλυψαν επίσης τόξα μικρότερης κλίμακας και παραμορφωμένες εικόνες τοποθετημένες εντός των παραμορφώσεων φακού μεγαλύτερης κλίμακας στον πυρήνα κάθε συμπλέγματος, όπου βρίσκονται οι πιο μαζικοί γαλαξίες.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι οι ενσωματωμένοι φακοί παράγονται από τη βαρύτητα των πυκνών συγκεντρώσεων της σκοτεινής ύλης που σχετίζονται με μεμονωμένους γαλαξίες σμήνους. Η κατανομή της σκοτεινής ύλης στις εσωτερικές περιοχές των μεμονωμένων γαλαξιών είναι γνωστό ότι ενισχύει το συνολικό φαινόμενο φακού του συμπλέγματος.

Παρακολούθηση φασματοσκοπικών παρατηρήσεων που προστέθηκαν στη μελέτη μετρώντας την ταχύτητα των αστεριών σε τροχιά γύρω από αρκετούς γαλαξίες σμήνους. «Με βάση τη φασματοσκοπική μας μελέτη, καταφέραμε να συσχετίσουμε τους γαλαξίες με κάθε σμήνος και να εκτιμήσουμε τις αποστάσεις τους», δήλωσε το μέλος της ομάδας Piero Rosati του Πανεπιστημίου της Φεράρα στην Ιταλία.

«Η ταχύτητα των αστεριών μάς έδωσε μια εκτίμηση της μάζας κάθε γαλαξία, συμπεριλαμβανομένης της ποσότητας της σκοτεινής ύλης», πρόσθεσε το μέλος της ομάδας Pietro Bergamini του Παρατηρητηρίου Αστροφυσικής και Διαστημικής Επιστήμης της INAF στην Μπολόνια της Ιταλίας.

Η ομάδα συνέκρινε τους χάρτες σκοτεινής ύλης με δείγματα προσομοιωμένων σμήνων γαλαξιών με παρόμοιες μάζες, που βρίσκονται περίπου στις ίδιες αποστάσεις με τις παρατηρούμενες συστάδες. Οι συστάδες στις προσομοιώσεις υπολογιστών δεν έδειξαν το ίδιο επίπεδο συγκέντρωσης σκοτεινής ύλης στις μικρότερες κλίμακες – τις κλίμακες που σχετίζονται με μεμονωμένους γαλαξίες σμήνους όπως φαίνεται στο σύμπαν.

Η ομάδα προσβλέπει στη συνέχιση της δοκιμής άγχους του τυπικού μοντέλου σκοτεινής ύλης για να εντοπίσει την ενδιαφέρουσα φύση της.

Το προγραμματισμένο διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace Roman της NASA θα ανιχνεύσει ακόμη πιο απομακρυσμένους γαλαξίες μέσω βαρυτικού φακού από τεράστιες συστάδες γαλαξιών. Οι παρατηρήσεις θα διευρύνουν το δείγμα συστάδων που μπορούν να αναλύσουν οι αστρονόμοι για να δοκιμάσουν περαιτέρω τα μοντέλα σκοτεινής ύλης.

Παραπομπή: “Μια περίσσεια βαρυτικών φακών μικρής κλίμακας που παρατηρούνται σε σμήνες γαλαξιών” από τους Massimo Meneghetti, Guido Davoli, Pietro Bergamini, Piero Rosati, Priyamvada Natarajan, Carlo Giocoli, Gabriel B. Caminha, R. Benton Metcalf, Elena Rasia, Stefano Borgani , Francesco Calura, Claudio Grillo, Amata Mercurio και Eros Vanzella, 11 Σεπτεμβρίου 2020, Science.
DOI: 10.1126 / science.aax5164

Το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble είναι ένα έργο διεθνούς συνεργασίας μεταξύ της NASA και της ESA (Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος). Το διαστημικό κέντρο πτήσης Goddard της NASA στο Greenbelt, Maryland, διαχειρίζεται το τηλεσκόπιο. Το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Επιστημονικό Ινστιτούτο (STScI) στη Βαλτιμόρη διεξάγει επιστημονικές δραστηριότητες του Χαμπλ. Το STScI λειτουργεί για τη NASA από την Ένωση Πανεπιστημίων Έρευνας στην Αστρονομία στην Ουάσιγκτον, DC

We will be happy to hear your thoughts

Leave a reply

bijou-social