eso1514uk — Науковий реліз

Перші ознаки самовзаємодіючої темної матерії?

Темна матерія може бути не зовсім темною

15 квітня 2015 р.

Можливо вперше було помічено взаємодію темної матерії з іншою темною матерією іншим чином, окрім як через сили тяжіння. Спостереження зіштовхування галактик, проведені із Дуже Великим Телескопом (VLT) ESO та із Космічним Телескопом Хаббл (NASA/ESA) схопили перші інтригуючі натяки про природу цього загадкового складника Всесвіту.

Використавши прилад MUSE на VLT ESO у Чилі, а також низку зображень від орбітального телескопа "Хаббл", науково-дослідна група астрономів провела дослідження одночасного зіткнення чотирьох галактик у галактичному скупченні Abell 3827. Вчені змогли простежити, де саме знаходяться маси у межах системи, а також порівняти розподіл темної матерії з позицій яскравих галактик.

Хоча темну матерію не можна побачити, група змогла взначити місце її розташування за допомогою методу, що званий гравітаційне лінзування. Власне зіткнення сталося на промені зору між нами та дуже далекою галактикою. Маса темної матерії навколо галактик, що зіштовхуються, сильно спотворює простір-час, відхиляючи шляхи світлових променів, що йдуть від більш віддаленої фонової галактики, спотворюючи її зображення у вигляд характерних дуг.

Згідно наших поточних уявлень, всі галактики існують усередині скупчень темної матерії. Без стримуючого ефекту гравітації від темної матерії, галактики, як ото наш Чумацький Шлях, повинні були б порозвалюватись внаслідок свого обертання. Для того, щоб запобігти цьому, 85 відсотків маси Всесвіту [1] повинна існувати, як темна матерія. І все ж її справжня природа досі залишається таємницею.

У даному дослідженні вчені спостерігали зіштовхування чотирьох галактик і виявили, що одна хмара темної матерії наче відстає від галактики, котру оточує. Наразі та темна матерія на 5000 світлових років (50 млрд мільйонів кілометрів) поза галактикою. Космічному кораблю "Вояджер" (NASA) потрібно 90 мільйонів років, щоб відійти від нас на таку ж відстань.

Подібний розрив між темною матерією та пов'язаною з нею галактикою прогнозується при зіткненнях, якщо темна матерія взаємодіє сама з собою, навіть дуже слабо, через сили, що відмінні від гравітації [2]. Досі не спостерігались випадки, коли темна матерія взаємодіє якось інакше, а не через силу тяжіння.

Очільник групи, Річард Мессі в Даремского Університету, пояснює: "Ми звикли думати, що темна матерія просто оточує, "займаючись своїми власними справами", за винятком її гравітаційного тяжіння. Але якщо темна матерія сповільнилась протягом цього зіткнення, це може бути першим свідченням того, що у "темній частині" простору мають місце складні фізичні процеси - такий собі прихований Всесвіт навколо нас".

Група відзначає, що потрібно більше досліджень для виявлення інших причин, котрі також можуть викликати це відставання. Також необхідно провести подібні спостереження більшої кількості галактик, а також зробити комп’ютерні моделі їх зіткнень.

Учасниця групи, Лілія Вільямс з Університету Міннесоти, додає: "Ми знаємо, що темна матерія існує, через її гравітаційну взаємодію, яка допомагає формувати Всесвіт. Проте ми досі приголомшливо мало знаєм про те, чим є темна матерія насправді. Наші спостереження свідчать, що темна матерія може проявляти себе через інші сили, а не тільки через сили тяжіння. Це означає, що ми змогли відкинути деякі ключові теорії про те, чим власне є та темна матерія".

Цей результат випливає з недавніх досліджень групи, яка спостерігала 72 зіткнень між скупченнями галактик [3], у яких було виявлено, що темна матерія взаємодіє дуже слабо сама з собою. Однак нова робота стосується руху окремих галактик, а не галактичних скупчень. Дослідники говорять, що зіткнення між цими галактиками могли б тривали довше від таких, котрі спостерігались у попередньому дослідженні, що дозволяє проявитись навіть крихітній сили тертя, котра протягом тривалого часу може спонукати до вище згаданого значного відставання [4].

Взяті разом, ці два результати вперше обмежують поведінку темної матерії: темна матерія взаємодіє більше деякої одної межі, але менше іншої. Мессі додав: "Нарешті ми "взяли в лещата" зверху та знизу поведінку "темної матерії", стискаючи свої знання відразу у двох напрямках".

Примітки

[1] Астрономи виявили, що загальний вміст енергії та маси Всесвіту поділяється у такому співвідношенні: 68% темної енергії, 27% темної матерії та 5% "нормальної" матерії. Так що показник 85% стосується частини "матерії", яка темна.

[2] Комп'ютерне моделювання показує, що додаткове тертя при зіткненні галактик сповільнює рух темної матерії. Природа цієї взаємодії не відома; вона може бути викликана відомими ефектами, або ж якою-небудь наразі невідомою екзотичною силою. Все, що можна сказати на цю тему - це не є гравітація.

Цілком ймовірно, що всі чотири галактики були відокремлені від їх темної матерії. Але нам пощастило провести дуже хороші виміри тільки для однієї галактики, тому що вона випадково розташована вздовж променя зору на далеку фонову галактику, світло від якої попало під вплив "гравітаційної лінзи". Стосовно трьох інших галактик, то "лінзовані" зображення значно далі, тому припущення про місця розташувань їх темної матерії занадто вільні, щоб зробити статистично значущі висновки.

[3] Галактичні скупчення вміщують до тисячі галактик.

[4] Основною невизначеністю в результатах дослідження є часовий параметр для зіткнення: тертя, що сповільнило темну матерію, могло б бути дуже слабкої сили, котра діяла протягом приблизно мільярда років, або ж відносно більшої сили, що діяла "всього лише" 100 мільйонів років.

Детальніше

Дане дослідження представлене у статті із назвою “The behaviour of dark matter associated with 4 bright cluster galaxies located in the 10 kpc core of Abell 3827” котра вийшла у журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society від 15 квітня 2015.

Науково-дослідна група у складі 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).

Європейська Південна Обсерваторія - це передова міжурядова астрономічна організація в Європі та найбільш продуктивна астрономічна обсерваторія світу. Її підтримує 16 країн: Австрія, Бельгія, Бразилія, Чеська Республіка, Данія, Франція, Фінляндія, Німеччина, Італія, Нідерланди, Польща, Португалія, Іспанія, Швеція, Швейцарія та Сполучене Королівство. ESO здійснює ініціативну програму, зосереджену на проектуванні, будівництві та експлуатації потужних наземних спостережних об'єктів, що дозволяє астрономам робити важливі наукові відкриття. ESO також відіграє провідну роль у сприянні та організації співробітництва в астрономічних дослідженнях. ESO працює на трьох унікальних, світового класу обсерваторіях в Чилі: Ла Сілла, Паранал і Чахнантор. На горі Паранал, в ESO працює Дуже Великий Телескоп - найбільш передова в світі астрономічна обсерваторія видимого діапазону та VISTA - найбільший оглядовий телескоп в світі. ESO є європейським партнером просунутого астрономічного радіотелескопу ALMA, найбільшого існуючого астрономічного проекту. В даний час, ESO планує 39 метровий Європейський Надзвичайно Великий Телескоп E-ELT (оптичний та ближній ІЧ діапазони), який стане "найбільшим у світі оком у небо"

Посилання

Контакти

Oleh Malyi
NGO Zaporozhye Astronomical Club Altair
Zaporizhia, Ukraine
Телефон: +380 67 1371070
Email: eson-ukraine@eso.org

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

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

Connect with ESO on social media

Переклад прес-релізу ESO eso1514.

Про реліз

Реліз №:eso1514uk
Назва:Abell 3827
Тип: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

Зображення

Hubble image of the galaxy cluster Abell 3827
Hubble image of the galaxy cluster Abell 3827
тільки на англійській
Hubble image of galaxy cluster Abell 3827 showing dark matter distribution
Hubble image of galaxy cluster Abell 3827 showing dark matter distribution
тільки на англійській

Відео

Hubble view of the galaxy cluster Abell 3827
Hubble view of the galaxy cluster Abell 3827
тільки на англійській

Також дивіться наші