Zjednodušene povedané, temná hmota nie je považovaná iba za masu hmoty vesmíru, ale tiež za lešenie, na ktorom sú postavené galaxie. Vedci sú však nútení spoliehať sa na nepriame metódy podobné tým, ktoré sa používajú na skúmanie čiernych dier, aby našli dôkazy o tejto záhadnej, neviditeľnej hmote. V podstate merajú, ako prítomnosť tmavej hmoty ovplyvňuje hviezdy a galaxie v jej okolí.
K dnešnému dňu sa astronómom podarilo nájsť dôkazy zhlukov temnej hmoty okolo stredných a veľkých galaxií. Používanie údajov z internetu Hubbleov vesmírny teleskop a nová pozorovacia technika, tím astronómov z UCLA a NASA JPL zistil, že temná hmota môže tvoriť omnoho menšie zhluky, ako sa predtým myslelo. Tieto zistenia boli prezentované tento týždeň na 235. zasadnutí Americkej astronomickej spoločnosti (AAS).
Najrozšírenejšia teória o temnej matke uvádza, že nie je zložená z rovnakých látok ako baryonická (aka. Normálna alebo „svetelná“ hmota) - t. J. Protóny, neutróny a elektróny. Namiesto toho je temná hmota tvorená nejakou neznámou subatomickou časticou, ktorá interaguje s normálnou hmotou iba prostredníctvom gravitácie, najslabšou zo základných síl - ostatné sú elektromagnetické, silné a slabé jadrové sily.
Ďalšia všeobecne akceptovaná teória uvádza, že temná hmota sa pohybuje pomaly v porovnaní s inými druhmi častíc, a preto sú náchylné na zhlukovanie. V súlade s touto myšlienkou by mal vesmír obsahovať širokú škálu koncentrácií temnej hmoty, od malých po veľké. Doteraz však neboli pozorované žiadne malé koncentrácie.
Použitím údajov získaných Hubble's Wide Field Camera 3 (WFC3) sa výskumný tím snažil nájsť dôkazy o týchto malých zhlukoch meraním svetla z jasných jadier ôsmych vzdialených galaxií (aka. Kvasary), aby zistil, ako je ovplyvnené počas jeho cestovania. vesmírom. Táto technika, ktorú astronómovia bežne používajú na štúdium vzdialených galaxií, zhlukov hviezd a dokonca aj exoplanet, je známa ako gravitačné šošovky.
Táto technika, pôvodne predpovedaná Einsteinovou teóriou všeobecnej relativity, sa spolieha na gravitačnú silu veľkých kozmických objektov, aby sa zdeformovali a zväčšovali svetlo zo vzdialenejších objektov. Daniel Gilman z UCLA, ktorý bol členom pozorovacieho tímu, vysvetlil tento proces takto:
„Predstavte si, že každá z týchto ôsmich galaxií je obrovské zväčšovacie sklo. Malé zhluky temnej hmoty pôsobia ako malé praskliny na lupe a menia jas a polohu štyroch kvasarových obrazov v porovnaní s tým, čo by ste očakávali, keby bolo sklo hladké. ““
Ako sme dúfali, Hubble Obrázky ukázali, že svetlo prichádzajúce z týchto ôsmich kvasarov bolo vystavené účinku šošoviek, ktorý je v súlade s prítomnosťou malých zhlukov pozdĺž zorného poľa ďalekohľadu a okolo a okolo predných šošovkových galaxií. Osem kvázarov a galaxií bolo usporiadaných tak presne, že efekt deformácie vytvoril štyri skreslené obrazy každého kvasaru.
Pomocou prepracovaných počítačových programov a techník intenzívnej rekonštrukcie potom tím porovnal úroveň skreslenia s predpoveďami o tom, ako sa objavia kvasary bez vplyvu temnej hmoty. Tieto merania sa tiež použili na výpočet hmotností koncentrácií tmavej hmoty, čo naznačovalo, že boli 1/10 000 až 1 000 000-krát väčšie ako hmotnosť halogénovanej tmavej hmoty Mliečnej dráhy.
Okrem toho, že boli prvýkrát zaznamenané malé koncentrácie, výsledky tímu potvrdzujú jednu zo základných predpovedí teórie „studenej temnej hmoty“. Táto teória predpokladá, že keďže temná hmota sa pomaly pohybuje (alebo „studuje“), je schopná vytvárať štruktúry od malých koncentrácií po obrovské, ktoré sú niekoľkokrát hmotnosťou Mliečnej dráhy.
Táto teória tiež uvádza, že všetky galaxie vo vesmíre sa formovali v oblakoch Temnej hmoty, ktoré sú známe ako „svaly“ a boli v nich zabudované. Namiesto dôkazov malých zhlukov niektorí vedci navrhli, že temná hmota by mohla byť v skutočnosti „teplá“ - t. J. Rýchlo sa pohybujúca - a preto príliš rýchla na to, aby vytvorila menšie koncentrácie.
Nové pozorovania však poskytujú definitívny dôkaz, že teória Cold Dark Matter a kozmologický model, ktorý podporuje - model Lambda Cold Dark Matter (? CDM) - sú správne. Ako člen tímu prof. Tommaso Treu z Kalifornskej univerzity v Los Angeles (UCLA) vysvetlil tieto najnovšie Hubble pozorovania dávajú nový pohľad na povahu temnej hmoty a ako sa správa.
"Urobili sme veľmi presvedčivý observačný test pre model studenej tmavej hmoty a prechádza s lietajúcimi farbami," uviedol. "Je neuveriteľné, že po takmer 30 rokoch prevádzky Hubble umožňuje špičkové pohľady na základnú fyziku a podstatu vesmíru, o ktorých sme ani len nesnívali pri spustení ďalekohľadu."
Anna Nierenberg, výskumníčka v laboratóriu NASA Jet Propulsion Laboratory, ktorá viedla agentúru Hubble prieskum, ďalej vysvetlené:
Lov koncentrácií temnej hmoty bez hviezd sa ukázal ako náročný. Výskumný tím Hubbleovho tímu však použil techniku, pri ktorej nemusel hľadať gravitačné pôsobenie hviezd ako značkovačov temnej hmoty. Tím sa zameral na osem silných a vzdialených kozmických „pouličných svetiel“, ktoré sa nazývajú kvasary (oblasti okolo aktívnych čiernych dier, ktoré vyžarujú obrovské množstvo svetla). Astronómovia merali, ako je svetlo vyžarované kyslíkom a neónovým plynom obiehajúce každú čiernu dieru kvasarov deformované gravitáciou masívnej galaxie v popredí, ktorá pôsobí ako zväčšovacia šošovka.
Počet malých štruktúr zistených v štúdii ponúka ďalšie informácie o povahe častíc temnej hmoty, pretože ich vlastnosti by ovplyvnili, koľko zhlukov sa vytvorí. Avšak typ častíc, z ktorých sa skladá Temná hmota, zostáva zatiaľ záhadou. Našťastie sa očakáva, že v tomto ohľade pomôže nasadenie vesmírnych teleskopov novej generácie v blízkej budúcnosti.
Patrí medzi ne James Webb Space Telescope (JWST) a Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), ktoré sú infračervené observatóriá, ktoré sú naplánované na túto dekádu. Vďaka dômyselnej optike, spektrometrom, veľkému zornému poľu a vysokému rozlíšeniu budú môcť tieto ďalekohľady pozorovať celé oblasti vesmíru ovplyvnené masívnymi galaxiami, zhluky galaxií a ich príslušné halo.
To by malo pomôcť astronómom určiť skutočnú povahu Temnej hmoty a ako vyzerajú jej jednotlivé častice. Astronómovia zároveň plánujú použiť rovnaké nástroje na to, aby sa dozvedeli viac o temnej energii, ďalšom veľkom kozmologickom tajomstve, ktoré je zatiaľ možné študovať nepriamo. Vzrušujúce časy sú pred nami!
