eso1514nb — Pressemelding

Første tegn på mørk materie som vekselvirker med seg selv?

Kanskje er mørk materie ikke helt mørk likevel

15. april 2015

For første gang kan mørk materie være observert å vekselvirke med annen mørk materie på andre måter enn via gravitasjonskraften. Observasjoner av kolliderende galakser, utført med ESOs Very Large Telescope og NASA/ESAs Hubble-teleskop, har gitt astronomer de første hint om hva denne mystiske ingrediensen i universet kan være.

Ved hjelp av MUSE-instrumentet på ESOs Very Large Telescope (VLT) samt bilder fra Romteleskopet Hubble har et astronomteam studert en kollisjon mellom hele fire galakser i galaksehopen Abell 3827. Etter å ha kartlagt hvor massen i systemet befinner seg, kunne teamet sammenligne fordelingen av mørk materie med posisjonene til de lysende galaksene (altså den lysende materien).

Selv om mørk materie ikke kan sees, kunne astronomene likevel utlede hvor den holdt til. Det gjorde de ved å undersøke hvordan den mørke materiens masse forvrenger lyset fra bakenforliggende galakser – en teknikk kalt gravitasjonslinsing. Kollisjonen skjedde nemlig rett foran en femte, bakenforliggende galakse. Lyset fra bakgrunnsgalaksen måtte dermed gå gjennom kollisjonsområdet for å nå fram til Jorda. Den enorme massen i galaksehopen forvrengte tidrommet og endret dermed banen lyset tok fra den fjerne galaksen.

Vi tror i dag at alle galakser er innhyllet i store klumper av mørk materie. Gravitasjonskraften fra den mørke materien fungerer på sett og vis som lim. Uten den vil galakser som Melkeveien slynge seg selv i stykker som følge av rotasjonen. For å unngå dette må rundt 85 % av massen i universet [1] eksistere i en eller annen mørk form. Dens sanne natur er foreløpig et stort mysterium.

Da forskerne observerte de fire kolliderende galaksene, oppdaget de at en av klumpene med mørk materie så ut til å sakke akterut i forhold til galaksen den omgir. Den mørke materien er for tiden 5000 lysår (50 000 billioner kilometer) bak galaksen – en avstand NASAs Voyager-sonde ville brukt 90 millioner år på å tilbakelegge.

Under kollisjoner forventer man at den mørke materien ikke holder helt tritt med dens tilhørende galakse dersom den mørke materien vekselvirker med seg selv via andre krefter enn gravitasjonen. Dette gjelder selv om vekselvirkningen er meget svak [2]. Men hittil har en aldri sett at mørk materie vekselvirker på noen annet måte enn gjennom gravitasjonskraften.

"Det har vært gjengs oppfatning at mørk materie bare sitter der og passer sine egne saker, og at den eneste grunnen til at vi legger merke til den, er tiltrekningskraften den utøver på omgivelsene," forteller forskningsartikkelens hovedforfatter Richard Massey ved Universitetet i Durham. "Men hvis det er slik at den mørke materien bremses i kollisjonen, kan det være det første beviset vi har på ny fysikk i det mørke og skjulte univers som omgir oss alle.

Forskerne bemerker at det er nødvendig å undersøke andre effekter som også kan skape den observerte avstanden mellom den mørke materien og galaksen den tilhører. I denne sammenheng vil observasjoner av flere galakser og datasimuleringer av galaksekollisjoner være svært nyttige.

"Vi vet at mørk materie eksisterer siden vi ser hvordan den vekselvirker gravitasjonelt. Men vi har fortsatt pinlig lite kunnskap om hva mørk materie faktisk er. Våre observasjoner tyder på at mørk materie kanskje kan påvirke omverdenen gjennom andre krefter enn gravitasjonen. I så fall kan vi forkaste visse sentrale teorier om hva mørk materie kan tenkes å være," kommenterer teammedlem Liliya Williams ved Universitetet i Minnesota.

Funnet kommer like etter en annen fersk studie der man undersøkte 72 kollisjoner mellom galaksehoper [3] og fant at den mørke materien vekselvirket svært lite med seg selv. Den nye studien som omtales her, tar for seg bevegelsene til enkeltgalakser, ikke galaksehoper. Forskerne sier at kollisjonene mellom galaksene kan ha foregått over lengre tidsrom enn kollisjonene mellom hopene i den andre studien. Selv en ørliten friksjonskraft (av et eller annet slag) ville da kunne gi et betydelig bidrag over tid og skape en målbar forsinkelse mellom den mørke materien og galaksen den tilhører [4].

Resultatene fra begge disse studiene gjør astronomer for første gang i stand til å sette begrensninger for hvordan mørk materie oppfører seg. De kan nå angi en øvre og en nedre grense for hvor mye mørk materie vekselvirker. "Vi nærmer oss på sett og vis mørk materie fra begge sider, og håper dette er et viktig skritt på veien mot å forstå dette mystiske stoffet," avslutter Massey.

Fotnoter

[1] Universets innhold av masse og energi er ifølge dagens viten som følger: 68 % mørk energi, 27 % mørk materie og 5 % "vanlig" materie. Tallet i teksten over (85 %) henviser til andelen materie som er mørk.

[2] Datasimuleringer viser at den ekstra friksjonen fra kollisjonen vil redusere farten til den mørke materien. Den eksakte naturen til denne vekselvirkningen er foreløpig ukjent – den kan skyldes kjente effekter eller en eksotisk kraft vi ikke er klar over enda. Det eneste astronomene vet på nåværende tidspunkt er at gravitasjonen ikke er forklaringen.

[3] Galaksehoper inneholder opptil rundt tusen enkeltgalakser.

[4] Den største usikkerheten i konklusjonen er kollisjonens varighet: Friksjonen som har bremset den mørke materien, kan skyldes en meget svak kraft som har virket i omtrent en milliard år, eller en sterkere kraft som har vært i aksjon i "bare" hundre millioner år.

Mer informasjon

Studien presenteres i en forskningsartikkel i journalen Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 15. april 2015: "The behaviour of dark matter associated with 4 bright cluster galaxies located in the 10 kpc core of Abell 3827".

Forskerteamet består av R. Massey (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, Storbritannia), L. Williams (School of Physics & Astronomy, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota, USA), R. Smit (Institute for Computational Cosmology, Storbritannia), M. Swinbank (Institute for Computational Cosmology, Storbritannia), T. D. Kitching (Mullard Space Science Laboratory, University College London, Dorking, Surrey, Storbritannia), D. Harvey (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Observatoire de Sauverny, Versoix, Sveits), H. Israel (Institute for Computational Cosmology, Storbritannia), M. Jauzac (Institute for Computational Cosmology, Storbritannia; Astrophysics and Cosmology Research Unit, School of Mathematical Sciences, University of KwaZulu-Natal, Durban, Sør-Afrika), D. Clowe (Department of Physics and Astronomy, Ohio University, Athens, Ohio, USA), A. Edge (Department of Physics, Durham University, Durham, Storbritannia), M. Hilton (Astrophysics and Cosmology Research Unit, Sør-Afrika), E. Jullo (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Université d’Aix-Marseille, Marseille, Frankrike), A. Leonard (University College London, London, Storbritannia), J. Liesenborgs (Hasselt University, Diepenbeek, Belgia), 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, Sveits), D. Nagai (Department of Physics, Yale University, New Haven, Connecticut, USA), J. Richard (Observatoire de Lyon, Université Lyon, Saint Genis Laval, Frankrike), A. Robertson (Institute for Computational Cosmology, Storbritannia), P. Saha (Physik-Institüt, Sveits), R. Santana (Department of Physics and Astronomy, Ohio University, Athens, Ohio, USA), J. Stott (Department of Physics, Durham, Storbritannia) og E. Tittley (Royal Observatory, Edinburgh, Storbritannia).

ESO, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens desidert mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 16 land: Belgia, Brasil, Danmark, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Polen, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike, samt vertsnasjonen Chile. ESOs ambisiøse virksomhet fokuserer på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg for å muliggjøre banebrytende vitenskapelige oppdagelser. ESO spiller også en ledende rolle i å fremme og organisere samarbeid innenfor astronomisk forskning. ESO driver tre unike, verdensledende observatorier i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. Ved Paranal har ESO oppført Very Large Telescope, verdens mest avanserte astronomiske observatorium for synlig lys, og to såkalte kartleggingsteleskoper. VISTA observerer i infrarødt og er verdens største kartleggingsteleskop, mens VLT Survey Telescope er det største teleskopet som er designet utelukkende for himmelkartlegginger i synlig lys. ESO er en viktig partner i ALMA, nåtidens største astronomiprosjekt. På Cerro Armazones, ikke langt fra Paranal, er ESO i ferd med å bygge European Extremely Large Telescope (E-ELT). Med en speildiameter på 39 meter vil dette bli det største "øye" i verden som skuler opp på himmelen.

Linker

Kontakter

Jan-Erik Ovaldsen
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

Andreas O. Jaunsen
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

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

Richard Hook
ESO, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6655
Mob.: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

ESO i sosiale medier

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1514 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO.

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso1514nb
Type:Early Universe : Cosmology : Phenomenon : Dark Matter
Early Universe : Cosmology : Phenomenon : Lensing
Early Universe : Galaxy : Grouping : Cluster
Facility:Very Large Telescope
Science data:2015MNRAS.449.3393M

Bilder

Galaksehopen Abell 3827 avbildet av Hubble-teleskopet
Galaksehopen Abell 3827 avbildet av Hubble-teleskopet
Hubble image of galaxy cluster Abell 3827 showing dark matter distribution
Hubble image of galaxy cluster Abell 3827 showing dark matter distribution
kun på engelsk

Videoer

Galaksehopen Abell 3827 avbildet av Hubble-teleskopet
Galaksehopen Abell 3827 avbildet av Hubble-teleskopet

Se også