Cu alte cuvinte, se consideră că Matterul Întunecat nu numai că constituie cea mai mare parte a masei Universului, ci și că este și schela pe care sunt construite galaxiile. Dar pentru a găsi dovezi ale acestei mase misterioase, invizibile, oamenii de știință sunt nevoiți să se bazeze pe metode indirecte similare cu cele folosite pentru studierea găurilor negre. În esență, acestea măsoară modul în care prezența materiei întunecate afectează stelele și galaxiile din vecinătatea ei.
Până în prezent, astronomii au reușit să găsească dovezi de aglomerații de materie întunecată în jurul galaxiilor medii și mari. Utilizarea datelor din Telescopul spațial Hubble și o nouă tehnică de observare, o echipă de astronomi de la UCLA și NASA JPL a descoperit că materia întunecată poate forma aglomerații mult mai mici decât se credea anterior. Aceste descoperiri au fost prezentate săptămâna aceasta la cea de-a 235-a reuniune a American Astronomical Society (AAS).
Cea mai larg acceptată teorie despre materie întunecată afirmă că nu este alcătuită din aceleași lucruri ca și materiile baryonic (de exemplu, materie normală sau „luminoasă”) - adică protoni, neutroni și electroni. În schimb, Materia Întunecată este teoretizată pentru a fi formată dintr-un fel de particule subatomice necunoscute care interacționează cu materia normală numai prin gravitație, cea mai slabă dintre forțele fundamentale - celelalte fiind forțele nucleare electromagnetice, puternice și slabe.
O altă teorie larg acceptată afirmă că Materia Întunecată se mișcă lent în comparație cu alte tipuri de particule și, prin urmare, sunt predispuse la aglomerare. În conformitate cu această idee, Universul ar trebui să conțină o gamă largă de concentrații de materie întunecată, de la mic la mare. Cu toate acestea, până în prezent nu au fost observate concentrații mici.
Folosind date obținute de Wide Field Camera 3 (WFC3) de la Hubble, echipa de cercetare a căutat să găsească dovezi ale acestor mici aglomerări prin măsurarea luminii din nucleele strălucitoare ale opt galaxii îndepărtate (de asemenea, quasari) pentru a vedea cum este afectată pe măsură ce circulă. prin spațiu. Această tehnică, care este folosită în mod obișnuit de către astronomi pentru a studia galaxiile îndepărtate, grupările de stele și chiar exoplanetele, este cunoscută sub denumirea de lentile gravitaționale.
Prezentată inițial de Teoria relativității generale a lui Einstein, această tehnică se bazează pe forța gravitațională a obiectelor cosmice mari pentru a distruge și mări lumina din obiecte mai îndepărtate. Daniel Gilman de la UCLA, care a fost membru al echipei de observație, a explicat astfel procesul:
„Imaginează-ți că fiecare dintre aceste opt galaxii este o lupă uriașă. Mâncărurile mici de materie întunecată acționează ca mici crăpături pe lupă, modificând luminozitatea și poziția celor patru imagini de quasar în comparație cu ceea ce te-ai aștepta să vezi dacă sticla este netedă. "
După cum se spera, Hubble imaginile au arătat că lumina provenită de la aceste opt cvasari a fost supusă unui efect de lentilare, care este în concordanță cu prezența unor mici grupuri de-a lungul liniei de vedere a telescopului și în galaxiile de lentilă din interior și în jurul său. Cele opt quasare și galaxii au fost aliniate atât de precis încât efectul de deformare a produs patru imagini distorsionate ale fiecărui cvasar.
Folosind programe elaborate de calcul și tehnici de reconstrucție intensivă, echipa a comparat apoi nivelul de denaturare cu predicții despre cum va apărea cvasarul fără influența materiei întunecate. Aceste măsurători au fost, de asemenea, utilizate pentru a calcula masele concentrațiilor de materie întunecată, ceea ce a indicat că acestea erau de la 1 / 10.000 la 1 / 100.000 de ori mai mult decât masa halo a Lăptării.
Pe lângă faptul că este prima dată când s-au observat concentrații mici, rezultatele echipei confirmă una dintre predicțiile fundamentale ale teoriei „Hot Dark Matter”. Această teorie postulează că, întrucât Materia Întunecată este cu mișcare lentă (sau „rece”), că este capabilă să formeze structuri care variază de la concentrații minuscule până la cele extraordinare, care sunt de mai multe ori masa Calea Lactee.
Această teorie afirmă, de asemenea, că toate galaxiile din Univers s-au format în nori de materie întunecată, cunoscute sub numele de „haloes” și au devenit încorporate în ele. În loc de dovezi de grupuri la scară mică, unii cercetători au sugerat că Matterul Întunecat ar putea fi de fapt „cald” - adică în mișcare rapidă - și, prin urmare, prea rapid pentru a forma concentrații mai mici.
Cu toate acestea, noile observații oferă dovezi definitive că teoria materiei reci a întunericului și a modelului cosmologic pe care îl susține - modelul Lambda rece întuneric (? CDM) - este corectă. După cum a explicat, membrii echipei, prof. Tommaso Treu, de la Universitatea din California, Los Angeles (UCLA) Hubble observațiile dau noi perspective asupra naturii materiei întunecate și a modului în care se comportă.
„Am făcut un test de observație foarte convingător pentru modelul de materie întunecată la rece și acesta trece cu culori zburătoare”, a spus el. „Este incredibil că după aproape 30 de ani de funcționare, Hubble permite vizionări de ultimă oră asupra fizicii fundamentale și natura universului la care nici nu am visat când a fost lansat telescopul.”
Anna Nierenberg, cercetător la Laboratorul de Propulsie Jet NASA care a condus Hubble sondaj, explicat în continuare:
Vânătoarea pentru concentrații de materie întunecată lipsite de stele s-a dovedit dificilă. Echipa de cercetare Hubble a folosit, însă, o tehnică în care nu au fost nevoiți să caute influența gravitațională a stelelor ca urmări ale materiei întunecate. Echipa a vizat opt „faruri” cosmice puternice și îndepărtate, numite quasari (regiuni din jurul găurilor negre active care emit cantități enorme de lumină). Astronomii au măsurat modul în care lumina emisă de oxigen și gaz neon care orbitează fiecare dintre găurile negre ale cvasarului este deformată de gravitatea unei galaxii masive în prim plan, care acționează ca o lentilă de mărire.
Numărul de structuri mici detectate în studiu oferă mai multe indicii despre natura particulelor de materie întunecată, deoarece proprietățile lor ar afecta câte forme de formare. Cu toate acestea, tipul de particule din care este alcătuită materia întunecată rămâne deocamdată un mister. Din fericire, desfășurarea de telescoape spațiale de generație viitoare este de așteptat să ajute în această privință.
Printre acestea se numără James Webb Space Telescope (JWST) și Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), ambele observatoare cu infraroșu, care sunt programate să urce în acest deceniu. Cu optica sofisticată, spectrometre, câmpul vizual mare și rezoluție înaltă, aceste telescoape vor putea observa regiuni întregi de spațiu afectate de galaxii masive, grupări de galaxii și halo-urile respective.
Aceasta ar trebui să-i ajute pe astronomi să determine adevărata natură a materiei întunecate și cum arată particulele sale constitutive. În același timp, astronomii intenționează să folosească aceste aceleași instrumente pentru a afla mai multe despre Dark Energy, un alt mare mister cosmologic care nu poate fi studiat indirect decât deocamdată. Vremuri emoționante urmează!
