Zjednodušeně řečeno, Dark Matter není považován pouze za součást masy vesmíru, ale také působí jako lešení, na nichž jsou postaveny galaxie. Vědci jsou však nuceni spoléhat na nepřímé metody podobné těm, které se používají ke studiu černých děr, aby našli důkazy o této tajemné, neviditelné masě. V podstatě měří, jak přítomnost temné hmoty ovlivňuje hvězdy a galaxie v jejím okolí.
K dnešnímu dni se astronomům podařilo najít důkazy shluků temné hmoty kolem středních a velkých galaxií. Použití dat z Hubbleův kosmický dalekohled a nová pozorovací technika tým astronomů z UCLA a NASA JPL zjistil, že temná hmota může tvořit mnohem menší shluky, než se dříve myslelo. Tato zjištění byla představena tento týden na 235. zasedání Americké astronomické společnosti (AAS).
Nejrozšířenější teorie o Dark Matter uvádí, že není složena ze stejných látek jako baryonie (aka. Normální nebo „světelná“ hmota) - tj. Protony, neutrony a elektrony. Místo toho je temná hmota tvořena nějakou neznámou subatomickou částicí, která interaguje s normální hmotou pouze gravitací, nejslabší ze základních sil - ostatní jsou elektromagnetické, silné a slabé jaderné síly.
Další široce přijímaná teorie uvádí, že temná hmota se pohybuje ve srovnání s jinými typy částic pomalu, a proto jsou náchylné ke shlukování. V souladu s touto myšlenkou by měl vesmír obsahovat širokou škálu koncentrací temné hmoty, od malých po velké. Až dosud však nebyly pozorovány žádné malé koncentrace.
Pomocí dat získaných Hubble's Wide Field Camera 3 (WFC3) se výzkumný tým snažil najít důkazy těchto malých shluků měřením světla z jasných jader osmi vzdálených galaxií (aka. Kvasary), aby zjistil, jak je ovlivněno, když cestuje vesmírem. Tato technika, kterou astronomové běžně používají ke studiu vzdálených galaxií, hvězdokup a dokonce i exoplanet, se nazývá gravitační čočka.
Tato technika, původně předpovídaná Einsteinovou teorií obecné relativity, se spoléhá na gravitační sílu velkých kosmických objektů, aby se zdeformovaly a zvětšovaly světlo ze vzdálenějších objektů. Daniel Gilman z UCLA, který byl členem pozorovacího týmu, vysvětlil tento proces takto:
"Představte si, že každá z těchto osmi galaxií je obrovská lupa. Malé shluky temné hmoty fungují jako malé praskliny na zvětšovacím skle a mění jas a polohu čtyř kvasarových obrazů ve srovnání s tím, co byste očekávali, kdyby sklo bylo hladké. “
Jak jsme doufali, Hubble Obrázky ukázaly, že světlo přicházející z těchto osmi kvazarů bylo vystaveno čočkovému efektu, který je konzistentní s přítomností malých shluků podél zorné čáry dalekohledu a kolem a kolem předních čočkových galaxií. Osm kvasarů a galaxií bylo zarovnáno tak přesně, že efekt deformace vytvořil čtyři zkreslené obrazy každého kvasaru.
S využitím propracovaných počítačových programů a technik intenzivní rekonstrukce pak tým porovnal úroveň zkreslení s předpovědi, jak by se kvasary objevily bez vlivu temné hmoty. Tato měření byla také použita pro výpočet hmotností koncentrací tmavé hmoty, což ukazuje, že byly 1/10 000 až 1 000 000. krát větší než hmotnost vlastní hmoty Mléčné dráhy Temné hmoty.
Kromě toho, že byly poprvé pozorovány malé koncentrace, výsledky týmu potvrzují jednu ze základních předpovědí teorie „Cold Dark Matter“. Tato teorie předpokládá, že vzhledem k tomu, že temná hmota se pohybuje pomalu (nebo „studeně“), je schopna vytvářet struktury od malých koncentrací po obrovské, které jsou několikrát hmotností Mléčné dráhy.
Tato teorie také uvádí, že všechny galaxie ve vesmíru se tvořily v oblacích Temné hmoty, které se nazývají „halo“, a staly se uvnitř nich. Namísto důkazů shluků malého rozsahu někteří vědci navrhli, že temná hmota by mohla být ve skutečnosti „teplá“ - tj. Rychle se pohybující - a proto příliš rychlá, aby vytvořila menší koncentrace.
Nová pozorování však poskytují definitivní důkaz, že teorie Cold Dark Matter a kosmologický model, který podporuje - model Lambda Cold Dark Matter (? CDM) - jsou správné. Tommaso Treu z Kalifornské univerzity v Los Angeles (UCLA) to vysvětlil jako člen týmu Hubble pozorování přináší nový pohled na povahu temné hmoty a na její chování.
"Provedli jsme velmi přesvědčivý pozorovací test pro model studené temné hmoty a projde to létajícími barvami," řekl. "Je neuvěřitelné, že po téměř 30 letech provozu Hubble umožňuje špičkové pohledy na základní fyziku a podstatu vesmíru, o které jsme ani nesnívali při spuštění teleskopu."
Anna Nierenberg, výzkumná pracovnice NASA Jet Propulsion Laboratory, která vedla Hubble průzkum, vysvětlil dále:
Lov koncentrací temné hmoty bez hvězd se ukázal jako náročný. Výzkumný tým Hubble však použil techniku, ve které nemuseli hledat gravitační vliv hvězd jako stopery temné hmoty. Tým zacílil na osm silných a vzdálených kosmických „pouličních lamp“, zvaných kvazary (oblasti kolem aktivních černých děr, které emitují obrovské množství světla). Astronomové měřili, jak je světlo emitované kyslíkem a neonovým plynem obíhající každou z černých děr kvasarů deformováno gravitací obrovské galaxie v popředí, která působí jako zvětšovací čočka.
Počet malých struktur detekovaných ve studii nabízí více vodítek o povaze částic temné hmoty, protože jejich vlastnosti by měly vliv na to, kolik se tvoří shluky. Typ částice, kterou tvoří temná hmota, však zůstává prozatím tajemstvím. Naštěstí se v tomto ohledu očekává nasazení vesmírných dalekohledů nové generace v blízké budoucnosti.
Patří mezi ně James Webb Space Telescope (JWST) a Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), z nichž oba jsou infračervené observatoře, které jsou naplánovány na tuto dekádu. Díky sofistikované optice, spektrometrům, velkému zornému poli a vysokému rozlišení budou tyto dalekohledy schopny pozorovat celé oblasti vesmíru zasažené masivními galaxiemi, shluky galaxií a jejich příslušné halo.
To by mělo astronomům pomoci určit pravou povahu Temné hmoty a jak vypadají její jednotlivé částice. Současně astronomové plánují používat tyto stejné nástroje k tomu, aby se dozvěděli více o Temné energii, další velké kosmologické tajemství, které lze prozatím prozatím pouze nepřímo studovat. Vzrušující časy leží před námi!
