Annak ellenére, hogy rengeteg közvetett bizonyíték áll rendelkezésre a sötét anyag létezésére – a galaxisokban és halmazokban uralkodó titokzatos anyagforma – a csillagászoknak még nem végeztek közvetlen megfigyeléseket.
De a keresésnek még nincs vége. Egy hipotézis a természetére vonatkozóan sötét anyag az, hogy egy része önkölcsönhatásba léphet, ami azt jelenti, hogy az egyes részecskék egy kicsit kölcsönhatásba lépnek egymással. Ha ez igaz, akkor rengeteg finom megfigyelési nyom mutatkozna ennek a sötét anyag alosztálynak a létezésére.
Néhány ilyen tippet a közelmúltban a Reviews of Modern Physics folyóiratban publikálásra benyújtott és a nyomtatás előtti adatbázisban közzétett cikkben foglaltak le. arXiv (új lapon nyílik meg).
Összefüggő: A kolosszális galaxishalmazok így fedik fel a sötét anyag titkait
Erős gravitációs lencse
Erős lencsézés akkor következik be, ha a megfigyelések szerencsés egybeesése van. Például, amikor a csillagászok egy távoli galaxishalmazt néznek, láthatnak némi fényt a halmazon áthaladó, még távolabbi galaxisokból is. A galaxishalmaz tömege (általában 10^14 vagy 10^15-szöröse a nap tömege) olyan nagy, hogy meggörbíti és eltorzítja a körülötte lévő tér szövetét. Ez torzítja a háttér képeit galaxisokátváltoztatja őket az ismerős szélkerékből és elliptikus struktúrákból hosszú, kanyargós kígyókká és egyéb szórakoztató formákká.
A csillagászok rekonstruálhatják ezeket a torz képeket, és a rekonstrukció segítségével meghatározhatják, hogy mekkora tömeg van egy halmazban, és hol csomósodott össze. Az önkölcsönhatásba lépő sötét anyag általában más “csomóssággal” rendelkezik, mint a normál, nem kölcsönható sötét anyag. A nem kölcsönhatásba lépő sötét anyag továbbra is hihetetlenül nagy sűrűségűre halmozódik fel a galaxishalmazok magjaiban, mert semmi más nem akadályozza meg. De amikor a sötét anyag kölcsönhatásba lép önmagával, lelassítja a nukleáris felépítés folyamatát, és kisimítja a dolgokat a klaszter legbelső részein.
Részletes megfigyelések (mint például a közelmúltban a James Webb űrteleszkóp) a tömeg galaxishalmazokon belüli eloszlása a sötét anyag létezésére utalhat.
Gyenge gravitációs lencse
Ellentétben az erős gravitációs lencsék, gyenge lencsék esetén nincs szükség masszív obstrukcióra. Ehelyett, ahogy sok távoli galaxis fénye átjut a kozmoszon, a felhalmozódott gravitáció az összes galaxis és egyéb objektum közül, amelyen a fény áthalad az útja során, kis mértékben változik. Például az egyik irányban lévő galaxisok kissé kerekebbnek vagy vastagabbnak tűnhetnek, mint a más irányú galaxisok.
Az erős gravitációs lencsék megfelelő igazítást igényelnek, így nem sok klaszterrel dolgozhatunk. De míg a gyenge gravitációs lencsék sokkal kisebb hatást fejtenek ki, sokkal több adatunk van, amit felhasználhatunk. A csillagászok nagyon izgatottak a a Nancy Grace római űrteleszkóp felbocsátásaamely részletes, halvány lencsés térképeket ad majd a közeli univerzumról, és megmondhatja, hogy a sötét anyag önkölcsönhatásba lép-e.
(új lapon nyílik meg)
Forgási görbék
Az 1970-es években csillagász Vera Rubinmozgásának megfigyelései csillagok galaxisokban szolgáltatták az első jelentős bizonyítékot a sötét anyag létezésére. Röviden, a galaxisok túl gyorsan forognak. Ha összeadjuk a galaxis teljes tömegét a látottak alapján, akkor egyszerűen nincs elég gravitáció ahhoz, hogy megtartsa a csillagokat ilyen gyors pályán. Ezért több tömegnek kell lennie, amit nem látunk: a sötét anyagnak.
Ismételten, mivel az önkölcsönhatásba lépő sötét anyag másképpen csomósodik össze, mint a nem kölcsönható anyag, ez megváltoztathatja a galaxisok forgási görbéit (a csillagok különböző pályáján lévő sebességének grafikonjait).
Galaxisok vetemedése
Évmilliárd éves élettartamuk során folyamatosan hullik az anyag a közelében lévő összes galaxisra. Más szóval, minden galaxis a dolgok óceánjában úszik. Ez az anyag tartalmazhat közönséges anyagot és sötét anyagot is. Amikor a sötét anyag kölcsönhatásba lép önmagával, a galaxis sötét anyagának része kissé a normál anyag mögött húzódik (mivel a normál anyag minden probléma nélkül át tud úszni a környező anyagon).
Ez oda vezethet, hogy a galaxisoknak két enyhén eltolt magjuk van: az egyik a közönséges anyagból és a másik a sötét anyagból. Ez az eltolódás árapály-zavarokat okoz az egész galaxisban, esetleg még a galaxis korongját is megvetemíti. A galaxisok jövőbeli részletes megfigyelései olyan görbületet tárhatnak fel a korongban, amelyet csak az önkölcsönhatásba lépő sötét anyag magyarázhat.
egyesülések
Amikor a galaxisok óriási halmazai egyesülnek, a csillagászok megnézhetik a roncsokat, hogy megértsék, mi van benne. Például a híres Bullet Cluster bemutatja, mi történt két halmaz egyesülésekor: a csillagok és a sötét anyag (gravitációs lencsékkel mérve) érintetlenül haladtak át egymáson, miközben az ütközés közepén a halmazokban lévő összes laza gáz összeütközött. .
Az a tény, hogy a sötét anyag a rendszer peremén van, azt mutatja, hogy a sötét anyag nem lép túl gyakran kölcsönhatásba önmagával; különben középre akadt volna a gáz mellett. A Bullet Cluster és más hasonló klaszterek lehetővé teszik a csillagászok számára, hogy korlátokat állítsanak fel arra vonatkozóan, hogy a sötét anyag milyen erősen tud kölcsönhatásba lépni önmagával. A több megfigyelés pontosabb határértékekhez és esetleg pozitív bizonyítékokhoz vezet az önkölcsönhatásba lépő sötét anyagra, ha ez jobban illeszkedik a megfigyelésekhez.
Tudjon meg többet az „Ask a Spaceman” podcast meghallgatásával, amely elérhető itt iTunes (új lapon nyílik meg)és askaspaceman.com (új lapon nyílik meg). Tegye fel saját kérdését a Twitteren az #AskASspaceman segítségével vagy Paul követésével @PaulMattSutter (új lapon nyílik meg)és facebook.com/PaulMattSutter (új lapon nyílik meg).
Kövess minket a Twitteren @Spacedotcom (új lapon nyílik meg) vagy tovább Facebook (új lapon nyílik meg).