No kā sastāv Visums? Neuztraucieties, ja jums nav ne jausmas, arī astronomi to nedara. Džeimss Džejs no Džona Hopkinsa universitātes izmantoja Habla kosmisko teleskopu, lai izveidotu detalizētu tumšās vielas koncentrācijas karti ap divām galaktikām. Un astronomi vienkārši ieguva dažus jaunus pavedienus.
Klausieties interviju: Dark Matter Maps (5 MB)
Vai arī abonējiet Podcast: Abonēt
Freizers Kains: Jēdzienu tumšā matērija esam dzirdējuši diezgan maz. Vai varat sniegt mums pašreizējo izpratni par to, kas ir tumšā matērija?
Džeimss Džejs: Pirms es runāju par tumšo matēriju, man jāpiemin, ko astronomi tagad tic, kā Visums nonāca tādā, kāds tas ir šodien. Mēs uzskatām, ka 30% Visuma ir matērija, bet otri 70% ir tumšā enerģija, un tumšā matērija veido vairāk nekā 90% no Visuma matērijas. Neviens laboratorijās nav atklājis tumšo vielu, tāpēc viņi nezina tās formu, krāsu vai smaržu, taču ir pierādījumi, ka tā ir tur. Mēs to varam noteikt ar tā saukto gravitācijas objektīvu.
Freizers: Tātad jūs nesen veicāt aptauju, izmantojot Habla kosmisko teleskopu, lai kartētu tumšās vielas koncentrāciju. Kāds bija process, lai to izdarītu?
Dr Jee: tumšā matērija veido, kā es teicu, 90% no Visuma matērijas, un labākā vieta tumšās matērijas meklēšanai ir tur, kur tā ir visvairāk. Tātad mēs Habla kosmisko teleskopu norādījām uz diviem interesantākajiem galaktiku klasteriem, kas veidojas, kad Visums bija uz pusi mazāks par tā pašreizējo vecumu.
Freizers: Un ko jūs redzējāt?
Dr Jee: Mēs pārbaudījām fona galaktiku spektrālo sadalījumu. Pārbaudot šo fona galaktiku kropļojumus, mēs varējām noteikt tumšās vielas blīvumu priekšplānā.
Freizers: Ļaujiet man redzēt, vai es to pareizi saprotu. Jūs skatījāties uz tālām galaktikām, un, redzot, kā gaisma mainās, kad tā nonāk pret mums, jūs varējāt atklāt, kur ir paslēpti vielas salikumi, kas to ietekmē gravitācijas ietekmē.
Dr Jee: Tieši tā. Varbūt šī ir laba analoģija. Pieņemsim, ka jūs lasāt ziņu rakstu, izmantojot palielināmo stiklu, un, izpētot, cik daudz burti caur lupu izskatās, jūs varat secināt par objektīvu jaudu vai biezumu. Tāpat, aplūkojot fona galaktiku izkropļojumus vai palielinājumus, jūs varat noteikt priekšplānā nenotveramās tumšās vielas blīvumu.
Freizers: Kādas tad ir attiecības starp tumšo matēriju un galaktikām, kuras mēs varam redzēt?
Dr Jee: Tā ir Visumā dominējošā viela, un tai ir smagums. Bez tumšās matērijas ir ļoti grūti veidot galaktikas ar liela mēroga struktūrām, kuras mēs redzam šodienas Visumā. Tātad noteikti tumšā matērija palīdz veidot galaktikas liela mēroga struktūrā.
Freizers: Vai tad ir iespējams, ka tur, kur kādreiz sabrūk tumšā matērija, tieši tur mēs redzam galaktikas?
Dr Jee: Jā, tas ir būtībā tas, ko mēs esam atraduši mūsu pētījumos. Cilvēki ir domājuši, ka tumšajā matērijā ir daļiņas bez sadursmēm, un tumšajai vielai un normālajai matērijai vajadzētu pastāvēt kopā. Bet neviens to nav spējis noteikt ļoti skaidri, jo tumšā viela neizstaro nekādus elektromagnētiskos viļņus. Tas, ko mēs esam atraduši, izmantojot Hablu, ir tas, ka gaismas galaktikas veidojas šo tumšās vielas halosu blīvākajos reģionos.
Freizers: Ja mēs zinām, ka notiek šāda veida salipšana - šķiet, ka abi iet roku rokā - vai tas ļauj jums izmest visas esošās teorijas par to, kāda varētu būt šī tumšā matērija?
Dr Jee: Jā, tas dod mums daudz clu. Lielākā daļa cilvēku uzskata, ka tumšā viela ir bez sadursmēm, taču daži norāda, ka tām var būt dažas sadursmes īpašības, piemēram, gāzes ūdeņradis. Tas, kā tumšā matērija salīp kopā, dod mums padomus par to, kas ir tumšā matērija. Pieņemsim, ka tumšajai vielai ir sadursmes īpašības, piemēram, ūdeņraža atomam, tad tās ļoti bieži saduras viena ar otru, un mēs redzēsim ļoti vienmērīgu tumšās vielas halo sadalījumu. Bet mēs esam secinājuši, ka šīs struktūras ir ļoti neveiklas, tāpat kā pašas galaktikas masa. Tas norāda, ka tumšās vielas daļiņas, ja tādas ir, būs bez sadursmēm, kā teikts lielākajā daļā teoriju šodienas astronomijā.
Freizers: Ak, es redzu, tāpēc faktiskās daļiņas, kas varētu izraisīt šo tumšo vielu, ir vai nu tik mazas, vai arī tik vāji mijiedarbojas, ka pat nesavienojas kopā. Un, ja viņi sastrīdētos kopā, jūs faktiski redzētu vienmērīgāku izkliedi. Tātad, ņemot vērā iegūtos datus, kāds būtu nākamais jūsu pētījumu posms?
Dr Jee: Advanced Camera for Surveys programma ietver vairāk nekā 15 galaktiku kopas, kas ir ļoti ļoti interesantas. Šie ir tikai pirmie divi rezultāti. Mēs uzskatām, ka, ja mēs pabeigsim savus 15 galaktiku kopus apsekojumam, tad mums būs skaidrāks attēls par to, kā mijiedarbojas tumšā matērija un normālā matērija, iespējams, izmantojot gravitācijas spēkus kopā. Un mums var būt skaidrāks priekšstats par to, kā tumšā matērija veicina Visuma liela mēroga struktūras veidošanos.
Freizers: Un, pamatojoties uz līdz šim veiktajiem pētījumiem, vai jums ir lolojumdzīvnieku teorija, kāda varētu būt tumšā matērija?
Dr Jee: Nu, ja jūs apmeklējat Astro-ph vietni, tā ir vietne, kurā cilvēki augšupielādē dažādus pētniecības darbus, un dienā ir 10 vai 15 raksti. Un par to ir daudz spekulāciju, kas ir ļoti pievilcīgi un ticami. Bet es domāju, ka uz tumšās matērijas būtību var atbildēt pēc 10 vai 15 gadiem, bet mēs joprojām meklējam. Mūsu pētījums dod vēl nepieredzētu tumšās vielas izšķirtspēju, kas var atšķirt sadursmes un sadursmes bez daļiņām.
Freizers: Un vai ir vēl kādi instrumenti, izņemot Hablu, kas var veikt šo darbu?
Dr Jee: Mēs varam veikt gravitācijas objektīvu, izmantojot zemes teleskopus. Faktiski 1990. gadā cilvēki pirmo reizi atklāja tumšo vielu, izmantojot gravitācijas izkliedētāju. Bet, kad jūs veicat gravitācijas objektīvu, izmantojot zemes teleskopu, izšķirtspēja ir tik slikta. Citiem vārdiem sakot, atmosfēras satricinājums iesmērēs gravitācijas izkliedētāju, tāpēc mēs neredzam ļoti augstas kvalitātes tumšās vielas attēlu. Bet, ja mēs izmantojam teleskopu kosmosā, tas neizjauc fona attēla formu, tāpēc jūs saglabājat gravitācijas objektīva signālu. Mēs varam nākt klajā ar ļoti augstas izšķirtspējas attēlu tumšās vielas sadalījumā.
Freizers: Un lielāks instruments ļautu jums iegūt labāku attēlu.
Dr Jee: Noteikti. Nākamais teleskops ir JWST (Džeimsa Veba kosmiskais teleskops) efektīvi palielinās tumšās vielas nozīmības izšķirtspēju ar koeficientu 10 vai vairāk.
Freizers. Vai jūs domājat, ka jūs redzētu kaut ko ievērojami atšķirīgu ar 10x izšķirtspēju?
Dr Jee: tumšās vielas izplatības globālā forma īpaši nemainīsies, bet tādā gadījumā mēs, iespējams, varēsim salīdzināt tumšās vielas struktūru attiecībā pret galaktikām. Tādā gadījumā mēs, iespējams, varēsim atbildēt, vai tumšās vielas daļiņām ir kādas sadursmes īpašības. Sākumā es teicu, ka tas, ko esmu atradis, saskan ar hipotēzi par sadursmēm. Bet ir bijuši daži ieteikumi, ka tumšās vielas daļiņām var būt dažas ļoti mazas sadursmes īpašības. Tātad mēs varētu noteikt nobīdi starp tumšo matēriju un galaktiku matēriju. Tas rada daudzus iespējamos ierobežojumus sadursmes šķērsgriezumā starp normālo un tumšās vielas daļiņām.
Par šo pētījumu tika ziņots žurnālā Space 2005. gada 13. decembrī.
