eso1514is — Fréttatilkynning

Fyrstu vísbendingarnar um víxlverkandi hulduefni?

Hulduefni ef til vill ekki fullkomlega hulið eftir allt saman

15. apríl 2015

Stjörnufræðingar gætu í fyrsta sinn hafa greint hulduefni sem víxlverkar við annað hulduefni með öðrum hætti en þyngdarkraftinum einum. Mælingar Very Large Telescope ESO og Hubble geimsjónauka NASA og ESA á samruna vetrarbrauta leiddu í ljós fyrstu vísbendingarnar um eðli þessa dularfulla hluta af alheiminum.

Hópur stjörnufræðingar notaði MUSE mælitækið á VLT sjónauka ESO í Chile og myndir Hubble geimsjónaukans til að rannsaka árekstur fjögurra vetrarbrauta í vetrarbrautaþyrpingunni Abell 3827. Stjörnufræðingarnir gátu mælt hvar mesta massann er að finna í kerfinu og borið saman dreifingu hulduefnisins við staðsetningu björtu vetrarbrautanna.

Þótt ekki sé hægt að sjá hulduefnið með beinum hætti gátu stjörnufræðingarnir fundið út hvar það er að finna með hjálp þyngdarlinsuhrifa. Samruni vetrarbrautanna átti sér stað beint fyrir framan mun fjarlægari og alls ótengda vetrarbraut. Massi hulduefnisins í kringum vetrarbrautasamrunann sveigði tímarúmið og þar af leiðandi ljósgeislana frá vetrarbrautinni fjarlægu í bakgrunni, svo myndin af henni bjagaðist og varð bogadregin.

Samkvæmt þekkingu okkar í dag eru allar vetrarbrautir innan í hulduefnishjúpum. Ef ekki væri fyrir þyngdarárhif hulduefnisins myndu vetrarbrautir á borð við þá sem við búum í liðast í sundur þegar þær snerust um sjálfar sig. Til að koma í veg fyrir að það gerist þarf enn meiri massa en sjá má, svo 85% af massa alheimsins [1] hlýtur að vera á formi hulduefnis. Þrátt fyrir það er raunverulegt eðlis þess enn hulin ráðgáta.

Í rannsókninni var fylgst með fjórum vetrarbrautum rekast saman og í ljós kom að einn hulduefnishjúpurinn virtist dragast aftur úr vetrarbrautinni sem hann umlykur. Hulduefnið var 5000 ljósárum (50.000 milljón milljón kílómetra) fyrir aftan vetrarbrautina — Voyager geimfar NASA væri um 90 milljón ár að ferðast slíka vegalengd.

Búast mætti við að hulduefnið drægist aftur úr vetrarbraut við árekstra aðeins ef hulduefnið víxlverkar örlítið við sjálft sig vegna annarra krafta en þyngdarkraftsins [2]. Hulduefni hefur aldrei áður sést víxlverka á nokkurn annan hátt en í gegnum þyngdarkraftinn.

„Við töldum alltaf að hulduefnið sæti bara þarna i kring og hefði aðeins áhrif með þyngdartogi sínu. Ef hulduefni er að hægja á sér eftir áreksturinn í þessu tilviki eru það fyrstu merkin um nýja eðlisfræði í þeim hluta alheimsins sem er okkur hulinn,“ segir Richard Massey við Durhamháskóla og aðalhöfundur greinarinnar um rannsóknina.

Stjörnufræðingarnir benda á að frekari rannsókna sé þörf til að kanna aðra áhrifaþætti sem gætu einnig valdið því að hulduefnið virðist sitja eftir. Gera þarf sambærilegar mælingar á fjarlægari vetrarbrautum og tölvulíkön af vetrarbrautaárekstrum.

„Við vitum að hulduefni er til vegna þeirra þyngdaráhrifa sem það hefur á umhverfi sitt sem hjálpar til við að móta alheiminn, en við vitum enn óþægilega lítið um raunverulegt eðli þess. Mælingar okkar benda til að hulduefni geti víxlverkað við sjálft sig með öðrum kröftum en þyngdarkraftinum, sem þýðir að við gætum útilokað sumar tilgátur um hvers eðlis hulduefni er,“ segir Liliya Williams við Minnesotaháskóla og meðhöfundur greinarinnar.

Þessar niðurstöður koma í kjölfar annarra nýlegra niðurstaðna þar sem rannsóknarhópur kannaði 72 árekstra vetrarbrautaþyrpinga [3] og varð niðurstaðan sú að hulduefni víxlverkar sáralítið við sjálft sig. Mælingarnar sem hér um ræðir varða hins vegar hreyfingu stakra vetrarbrauta, fremur en vetrarbrautaþyrpinga. Stjörnufræðingarnir segja að samruni vetrarbrautanna gæti hafa staðið yfir örlítið lengur en þeir árekstrar sem rannsakaðir voru í hinni rannsókninni. Það gerði jafnvel örlitlum núningskröftum kleift að byggjast upp með tímanum og verð að mælanlegri seinkun á hulduefninu [4].

Þegar allt er tekið saman setja niðurstöðurnar tvær skorður á hegðun hulduefnis í fyrsta sinn. Hulduefni víxlverkar að einhverju leyti. „Við erum loks að nálgast hulduefnið ofan frá og neðan — að kreista út þekkingu úr tveimur áttum.“

Skýringar

[1] Stjörnufræðingar hafa komist að því að heildarmassa- og -orkuinnihald alheimsins skiptist í 68% hulduorku, 27% hulduefni og 5% „venjulegt“ efni. Hlutfallið 85% á því við um þann hluta af „efninu“ sem er hulið.

[2] Tölvulíkön sýna að aukanúningur við áreksturinn myndi hægja á hulduefninu. Eðli þessarar víxlverkunnar er óþekkt; hún gæti verið af völdum þekktra áhrifavalda eða einhvers nýs og óþekkts krafts. Á þessum tímapunkti er aðeins hægt að segja að ekki er um þyngdarkraftinn að ræða.

Allar vetrarbrautirnar fjórar gætu hafa skilist frá hulduefnishjúpum sínum. Við höfum hins vegar aðeins góðar mælingar á einni vetrarbrautinni, vegna þess að hún liggur fyrir tilviljun fyrir framan aðra enn fjarlægari og myndar þyngdarlinsu. Hinar vetrarbrautirnar þrjár eru lengra frá þyngarlinsunni svo erfiðara er að ákvarða staðsetningu hulduefnisins í tilviki þeirra.

[3] Vetrarbrautaþyrpingar geta innihaldið meira en þúsund stakar vetrarbrautir.

[4] Helsti óvissuþátturinn í niðurstöðunni er tímalengd árekstursins: Núningurinn sem hægði á hulduefninu gæti hafa verið mjög veikur kraftur sem verkaði í meira en milljarð ára, eða tiltlulega sterkur kraftur sem verkaði í „aðeins“ 100 milljónir ára.

Frekari upplýsingar

Þessi rannsókn var kynnt í greininni „The behaviour of dark matter associated with 4 bright cluster galaxies located in the 10 kpc core of Abell 3827“ sem birtist í tímaritinu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society hinn 15 April 2015.

Í rannsóknarteyminu eru R. Massey (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, UK), L. Williams (School of Physics & Astronomy, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota, USA), R. Smit (Institute for Computational Cosmology, UK), M. Swinbank (Institute for Computational Cosmology, UK), T. D. Kitching (Mullard Space Science Laboratory, University College London, Dorking, Surrey, UK), D. Harvey (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Observatoire de Sauverny, Versoix, Switzerland), H. Israel (Institute for Computational Cosmology, UK), M. Jauzac (Institute for Computational Cosmology, UK; Astrophysics and Cosmology Research Unit, School of Mathematical Sciences, University of KwaZulu-Natal, Durban, South Africa), D. Clowe (Department of Physics and Astronomy, Ohio University, Athens, Ohio, USA), A. Edge (Department of Physics, Durham University, Durham, UK), M. Hilton (Astrophysics and Cosmology Research Unit, South Africa), E. Jullo (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Université d’Aix-Marseille, Marseille, France), A. Leonard (University College London, London, UK), J. Liesenborgs (Hasselt University, Diepenbeek, Belgium), J. Merten (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, California, USA; California Institute of Technology, Pasadena, California, USA), I. Mohammed (Physik-Institüt, University of Zürich, Zürich, Switzerland), D. Nagai (Department of Physics, Yale University, New Haven, Connecticut, USA), J. Richard (Observatoire de Lyon, Université Lyon, Saint Genis Laval, France), A. Robertson (Institute for Computational Cosmology, UK), P. Saha (Physik-Institüt, Switzerland), R. Santana (Department of Physics and Astronomy, Ohio University, Athens, Ohio, USA), J. Stott (Department of Physics, Durham, UK) and E. Tittley (Royal Observatory, Edinburgh, UK).

ESO er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og lang öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 16 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Póllands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands, auk gestaþjóðarinnar Chile. ESO heldur úti metnaðarfullum verkefnum sem miða að hönnun, smíði og starfsemi öflugra stjörnustöðva á jörðinni sem gera stjörnufræðingum kleift að gera mikilvægar uppgötvanir. ESO leikur líka lykilhlutverk í að efla og skipuleggja samstarf í stjarnvísindarannsóknum. ESO starfrækir þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er stór þátttakandi í ALMA, stærsta stjarnvísindaverkefni heims. Á Cerro Armazones, skammt frá Paranal, er ESO að smíða 39 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.

Tenglar

Tengiliðir

Sævar Helgi Bragason
Háskóli Íslands
Reykjavík, Ísland
Farsími: 8961984
Tölvupóstur: eson-iceland@eso.org

Richard Massey
Institute for Computational Cosmology
Durham University, United Kingdom
Sími: +44 (0) 7740 648080
Tölvupóstur: r.j.massey@durham.ac.uk

Richard Hook
ESO, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Sími: +49 89 3200 6655
Farsími: +49 151 1537 3591
Tölvupóstur: rhook@eso.org

Connect with ESO on social media

Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1514.

Um fréttatilkynninguna

Fréttatilkynning nr.:eso1514is
Nafn:Abell 3827
Tegund:Early Universe : Galaxy : Grouping : Cluster
Early Universe : Cosmology : Phenomenon : Lensing
Early Universe : Cosmology : Phenomenon : Dark Matter
Facility:Hubble Space Telescope, Very Large Telescope
Instruments:MUSE, VIMOS
Science data:2015MNRAS.449.3393M

Myndir

Hubble image of the galaxy cluster Abell 3827
Hubble image of the galaxy cluster Abell 3827
texti aðeins á ensku
Hubble image of galaxy cluster Abell 3827 showing dark matter distribution
Hubble image of galaxy cluster Abell 3827 showing dark matter distribution
texti aðeins á ensku

Myndskeið

Hubble view of the galaxy cluster Abell 3827
Hubble view of the galaxy cluster Abell 3827
texti aðeins á ensku

Sjá einnig