Vienkārši sakot, tiek uzskatīts, ka Dark Matter ne tikai veido lielāko daļu Visuma masas, bet arī darbojas kā sastatnes, uz kurām tiek veidotas galaktikas. Bet, lai atrastu pierādījumus par šo noslēpumaino, neredzamo masu, zinātnieki ir spiesti paļauties uz netiešām metodēm, kas ir līdzīgas tām, kuras tiek izmantotas melno caurumu izpētei. Būtībā tie mēra, kā tumšās matērijas klātbūtne ietekmē zvaigznes un galaktikas tās tuvumā.
Līdz šim astronomiem ir izdevies atrast pierādījumus par tumšās vielas salipšanu ap vidējām un lielām galaktikām. Izmantojot datus no Habla kosmiskais teleskops un jaunu novērošanas paņēmienu, UCLA un NASA JPL astronomu komanda atklāja, ka tumšā matērija var veidot daudz mazākus pikas, nekā tika domāts iepriekš. Šie atklājumi tika prezentēti šonedēļ Amerikas Astronomijas biedrības (AAS) 235. sanāksmē.
Visplašāk pieņemtā teorija par Dark Matter apgalvo, ka tā nav veidota no tā paša materiāla kā baryonic (pazīstama arī kā normāla vai “gaismas” viela) - t.i., protoni, neitroni un elektroni. Tā vietā Dark Matter tiek teorētiski veidots no kaut kādām nezināmām subatomiskām daļiņām, kuras mijiedarbojas ar parasto matēriju tikai caur gravitācijas spēku, no vājākajiem no pamata spēkiem - pārējie ir elektromagnētiski, spēcīgi un vāji kodolspēki.
Citā plaši atzītā teorijā teikts, ka Dark Matter pārvietojas lēnām, salīdzinot ar cita veida daļiņām, un tāpēc ir pakļauti salipšanai. Saskaņā ar šo ideju Visumam jāietver plašs tumšās vielas koncentrāciju diapazons, sākot no maza līdz lielam. Tomēr līdz šim nav novērota neliela koncentrācija.
Izmantojot Habla platā lauka fotokameras 3 (WFC3) iegūtos datus, pētnieku grupa centās atrast pierādījumus par šiem mazajiem salipumiem, izmērot gaismu no astoņu tālu galaktiku spilgtiem kodoliem (aka. Kvazāriem), lai redzētu, kā tas ietekmē to pārvietojoties. caur kosmosu. Šo paņēmienu, ko parasti izmanto astronomi, lai pētītu attālās galaktikas, zvaigžņu kopas un pat eksoplanetes, sauc par gravitācijas objektīvu.
Sākotnēji to paredzēja Einšteina vispārējās relativitātes teorija, šī tehnika balstās uz lielu kosmisko objektu gravitācijas spēku, lai deformētu un palielinātu gaismu no attālākiem objektiem. Daniels Gilmans no UCLA, kurš bija novērošanas grupas loceklis, procesu skaidroja šādi:
“Iedomājieties, ka katra no šīm astoņām galaktikām ir ar milzu palielināmo stiklu. Nelieli tumšās vielas pikas veido palielināmo stiklu kā nelielas plaisas, mainot četru kvazārā attēlu spilgtumu un stāvokli salīdzinājumā ar to, ko jūs varētu sagaidīt, ja stikls būtu gluds. ”
Kā cerēts, Habls attēli parādīja, ka gaisma, kas nāk no šiem astoņiem kvazāriem, tika pakļauta objektīva efektam, kas ir saskanīgs ar nelielu salikumu klātbūtni gar teleskopa redzes līniju un priekšplāna objektīva galaktikās un ap tām. Astoņi kvazāri un galaktikas bija izlīdzināti tik precīzi, ka deformācijas efekts rada četrus izkropļotus katra kvazāra attēlus.
Izmantojot sarežģītas skaitļošanas programmas un intensīvas rekonstrukcijas metodes, komanda pēc tam salīdzināja kropļojumu līmeni ar prognozēm par to, kā kvazari parādīsies bez Tumšās matērijas ietekmes. Šie mērījumi tika izmantoti arī, lai aprēķinātu tumšās vielas koncentrāciju masas, kas liecināja, ka tās ir no 1/10 000 līdz 1/100 000. reizes lielākas par Piena Ceļa tumšās vielas halogēna masu.
Papildus tam, ka komanda pirmo reizi novēro nelielu koncentrāciju, komandas rezultāti apstiprina arī vienu no “Aukstā Dark Matter” teorijas pamatprincipiem. Šī teorija postulē, ka, tā kā Dark Matter pārvietojas lēni (vai “auksti”), tā spēj veidot struktūras, sākot no mazām koncentrācijām līdz milzīgām, kuras vairākas reizes pārsniedz Piena ceļa masu.
Šī teorija arī norāda, ka visas Visuma galaktikas veidojas Tumšās matērijas mākoņos, kas pazīstamas kā “halogēni”, un tajās iestrādājas. Neliela apjoma pikas pierādījumu vietā daži pētnieki ir ierosinājuši, ka Dark Matter faktiski varētu būt “silts” - t.i., ātri kustīgs - un tāpēc pārāk ātrs, lai veidotu mazākas koncentrācijas.
Tomēr jaunie novērojumi sniedz nepārprotamu pierādījumu tam, ka teorija par auksto tumšo vielu un tās atbalstītais kosmoloģiskais modelis - Lambda aukstā tumšā materiāla (? CDM) modelis - ir pareiza. Kā paskaidroja komandas loceklis prof. Tommaso Treu no Losandželosas Kalifornijas universitātes (UCLA), šie ir jaunākie Habls novērojumi sniedz jaunu ieskatu tumšās matērijas dabā un tās izturēšanās veidos.
"Mēs veica ļoti pārliecinošu aukstās tumšās vielas modeļa novērošanas pārbaudi, un tas iztur lidojošās krāsas," viņš teica. “Ir neticami, ka Habls pēc gandrīz 30 darbības gadiem ļauj sasniegt progresīvus skatus fizikā un Visuma dabā, par ko mēs pat nesapņojām, kad tika palaists teleskops.”
Anna Nīrenberga, NASA reaktīvo dzinēju laboratorijas pētniece, kas vadīja Habls aptauja, paskaidrots sīkāk:
Medības par tumšās vielas koncentrācijām, kurās nav zvaigžņu, ir izrādījušās izaicinošas. Habla pētījumu komanda tomēr izmantoja paņēmienu, kurā viņiem nebija jāmeklē zvaigžņu kā gravitācijas ietekme kā tumšās matērijas izsekojamiem. Komanda mērķēja astoņus spēcīgus un tālus kosmiskos “ielu lukturus”, kurus sauc par kvazāriem (reģioni ap aktīvajiem melnajiem caurumiem, kas izstaro milzīgu gaismas daudzumu). Astronomi izmērīja, kā gaismu, ko izstaro skābeklis un neona gāze, riņķojot ap katru no kvazāru melnajiem caurumiem, izlozē masīvas priekšplāna galaktikas smagums, kas darbojas kā palielināmais objektīvs.
Pētījumā atklātais mazo struktūru skaits piedāvā vairāk norāžu par tumšās vielas daļiņu raksturu, jo to īpašības ietekmē to, cik veidojas salipumi. Tomēr daļiņu veids, no kura sastāv Dark Matter, pagaidām paliek noslēpums. Par laimi ir sagaidāms, ka tuvākajā nākotnē tiks izvietoti nākamās paaudzes kosmosa teleskopi.
To skaitā ir Džeimsa Veba kosmiskais teleskops (JWST) un plaša lauka infrasarkanā starojuma teleskops (WFIRST), un tie abi ir infrasarkano staru observatorijas, kurām plānots pacelties šajā desmitgadē. Izmantojot šo izsmalcināto optiku, spektrometrus, lielu skata lauku un augstu izšķirtspēju, šie teleskopi spēs novērot veselus kosmosa reģionus, kurus ietekmē masīvas galaktikas, galaktiku kopas un to attiecīgie halogēni.
Tam astronomiem vajadzētu palīdzēt noteikt tumšās vielas patieso dabu un to, kā izskatās tās veidojošās daļiņas. Tajā pašā laikā astronomi plāno izmantot šos pašus instrumentus, lai uzzinātu vairāk par Dark Energy - vēl vienu lielu kosmoloģisko noslēpumu, ko pagaidām var izpētīt tikai netieši. Aizraujoši laiki vēl priekšā!
