Čo je to vesmír? Nerobte si starosti, ak nemáte potuchy, ani astronómovia. James Jee z Johns Hopkins University použil Hubbleov vesmírny teleskop na vytvorenie podrobnej mapy koncentrácií temnej hmoty okolo dvoch galaxií. A astronómovia práve dostali nejaké nové vodítka.
Vypočujte si rozhovor: Dark Matter Maps (5 MB)
Alebo sa prihláste na odber podcastu: Vyberajte
Fraser Cain: Výraz temná hmota sme počuli dosť často. Môžete nám dať aktuálne informácie o tom, čo je temná hmota?
James Jee: Predtým, ako budem hovoriť o temnej hmote, musím spomenúť, čo astronómovia teraz veria tomu, ako vesmír prišiel na to, čo je dnes. Veríme, že 30% vesmíru je hmota a ďalších 70% je temná energia a temná hmota obsahuje viac ako 90% hmoty vo vesmíre. V laboratóriách nikto nezistil temnú hmotu, takže nepozná jej tvar, farbu ani vôňu, ale existuje dôkaz, že je tam. Môžeme to zistiť pomocou tzv. Gravitačných šošoviek.
Fraser: Takže ste nedávno vykonali prieskum pomocou Hubbleovho vesmírneho teleskopu, ktorý mapuje koncentráciu tmavej hmoty. Aký to bol proces?
Dr. Jee: Temná hmota obsahuje, ako som už povedal, 90% hmoty vo vesmíre a najlepším miestom na vyhľadanie temnej hmoty je miesto, kde je najviac. Hubbleov vesmírny teleskop sme teda poukázali na dva z najzaujímavejších zhlukov galaxií, ktoré sa vytvorili, keď bol vesmír polovicou svojho súčasného veku.
Fraser: A čo ste videli?
Dr. Jee: Preskúmali sme spektrálne rozloženie galaxií v pozadí. Skúmaním skreslenia týchto galaxií v pozadí sme dokázali určiť hustotu tmavej hmoty v popredí.
Fraser: Uvidím, či tomu rozumiem správne. Pozerali ste sa na vzdialené galaxie, a keď ste videli, ako sa mení svetlo, keď k nám prichádzalo, ste dokázali zistiť, kde sú skryté zhluky hmoty, ktoré ho gravitačne ovplyvňujú.
Jee: Presne tak. Možno je to dobrá analógia. Predpokladajme, že čítate novinový článok pomocou lupy, môžete odvodiť silu alebo hrúbku šošoviek skúmaním toho, ako písmená vyzerajú zväčšovacím sklom väčšie. Podobne, ak sa pozriete na skreslenie alebo zväčšenie galaxií v pozadí, môžete určiť hustotu nepolapiteľnej temnej hmoty v popredí.
Fraser: Takže aký je teda vzťah medzi temnou hmotou a galaxiami, ktorý vidíme?
Dr. Jee: Je to dominantná hmota vo vesmíre a má gravitáciu. Bez temnej hmoty je veľmi ťažké vytvárať galaxie s rozsiahlymi štruktúrami, ktoré vidíme v dnešnom vesmíre. Temná hmota teda určite pomáha pri tvorbe galaxií vo veľkej mierke.
Fraser: Je teda možné, že tam, kde sa temná hmota zhlukuje, pravdepodobne uvidíme galaxie?
Jee: Áno, to je v podstate to, čo sme našli v našom výskume. Ľudia špekulovali, že temná hmota sú častice bez kolízií a temná hmota a normálna hmota by mali existovať spolu. Nikto to však nedokázal veľmi jasne určiť, pretože temná hmota nevyžaruje žiadne elektromagnetické vlny. Pomocou Hubbleovho teleskopu sme zistili, že svetelné galaxie sa tvoria v najhustejších oblastiach týchto halos temnej hmoty.
Fraser: Ak vieme, že k takémuto zhlukovaniu dochádza - zdá sa, že tieto dva idú ruka v ruke - umožňuje vám to vyhodiť akékoľvek existujúce teórie o tom, čo by táto temná hmota mohla byť?
Dr. Jee: Áno, toto nám dáva veľa kľúčov. Väčšina ľudí verí, že temná hmota je bez kolízií, ale niektorí naznačujú, že môžu mať určité kolízne vlastnosti, ako je plynný vodík. Spôsob, akým sa temná hmota zhlukuje, nám dáva rady o tom, čo je temná hmota. Predpokladajme, že temná hmota má kolízne vlastnosti, ako je atóm vodíka, potom sa veľmi často zrážajú so sebou a uvidíme veľmi hladké rozdelenie halo tmavej hmoty. Zistili sme však, že tieto štruktúry sú veľmi nemotorné, ako hmota samotnej galaxie. To naznačuje, že častice temnej hmoty, ak nejaké sú, budú časticami bez kolízií, ako hovorí väčšina teórií v dnešnej astronómii.
Fraser: Ach, vidím, takže skutočné častice, ktoré by mohli spôsobiť túto temnú hmotu, sú buď také malé alebo tak slabo interagujúce, že ani spolu netvoria. A ak by spolu bonkovali, skutočne by ste videli rovnomernejšie rozprašovanie distribúcie. Aká by teda bola ďalšia fáza vášho výskumu na základe zistení, ktoré ste dostali?
Dr. Jee: Program Advanced Camera for Surveys obsahuje viac ako 15 klastrov galaxií, ktoré sú veľmi zaujímavé. Toto sú len prvé dva výsledky. Veríme, že ak dokončíme prieskum našich 15 klastrov galaxií, získame jasnejší obraz o tom, ako temná hmota a normálna hmota interagujú, podľa možnosti spoločne gravitáciou. Môžeme mať jasnejšiu predstavu o tom, ako temná hmota prispieva k formovaniu rozsiahlej štruktúry vesmíru.
Fraser: A na základe výskumu, ktorý ste doteraz urobili, máte teóriu domácich miláčikov o tom, čo môže byť temná hmota?
Dr. Jee: No, ak idete na webovú stránku Astro-ph, je to webová stránka, na ktorú ľudia odovzdávajú svoje rôzne výskumné práce, a je ich tam 10 alebo 15 denne. A existuje veľa špekulácií o tom, ktoré sú veľmi atraktívne a hodnoverné. Myslím si však, že na temnú hmotu možno odpovedať o 10 alebo 15 rokov, ale stále hľadáme. Náš výskum poskytuje bezprecedentné rozlíšenie temnej hmoty, ktorá dokáže rozlíšiť medzi kolíznymi a kolíznymi časticami.
Fraser: A existujú aj iné nástroje ako Hubble, ktoré dokážu túto prácu?
Dr. Jee: Gravitačné šošovky môžeme robiť pomocou pozemných ďalekohľadov. V skutočnosti to bolo v roku 1990, kedy ľudia prvýkrát odhalili temnú hmotu pomocou gravitačných šošoviek. Ale keď robíte gravitačné šošovky pomocou pozemného ďalekohľadu, rozlíšenie je také zlé. Inými slovami, atmosférické turbulencie budú rozmazávať gravitačné šošovky, takže nebudeme vidieť veľmi kvalitný obraz temnej hmoty. Ak však teleskop použijeme vo vesmíre, nezmení obraz pozadia na pozadí, aby ste zachovali gravitačný šošovkový signál. Môžeme prísť s obrazom distribúcie tmavej hmoty s veľmi vysokým rozlíšením.
Fraser: A väčší nástroj by vám dal lepší obraz.
Jee: Jednoznačne. Ďalším ďalekohľadom je JWST (James Webb Space Telescope), ktorý efektívne zvýši rozlíšenie významnosti temnej hmoty faktorom 10 alebo viac.
Fraser. Myslíš si, že by si videl niečo výrazne odlišné s rozlíšením 10x?
Dr. Jee: Globálny tvar distribúcie temnej hmoty sa veľmi nezmení, ale v takom prípade môžeme byť schopní porovnať štruktúru temnej hmoty s ohľadom na galaxie. V takom prípade môžeme byť schopní odpovedať, či častice tmavej hmoty majú nejaké kolízne vlastnosti. Na začiatku som povedal, že to, čo som našiel, je v súlade s hypotézou o kolízii. Existujú však návrhy, že častice tmavej hmoty môžu mať veľmi malé kolízne vlastnosti. Takže by sme mohli určiť posun medzi temnou hmotou a hmotou galaxie. To vám dáva veľa možných obmedzení kolíznych prierezov medzi normálnymi a tmavými časticami.
Tento výskum bol uverejnený v časopise Space Magazine 13. decembra 2005.
