Z čeho je vesmír vyroben? Nebojte se, pokud nemáte ponětí, ani astronomové. James Jee z Johns Hopkins University použil Hubbleův vesmírný dalekohled k vytvoření podrobné mapy koncentrací temné hmoty kolem dvou galaxií. A astronomové právě dostali nějaké nové vodítka.
Poslechněte si rozhovor: Dark Matter Maps (5 MB)
Nebo se přihlaste k odběru podcastu: přihlaste se
Fraser Cain: Výraz temná hmota jsme už slyšeli docela dost. Můžete nám poskytnout současné pochopení toho, co je temná hmota?
Dr. James Jee: Než budu mluvit o temné hmotě, musím zmínit, co astronomové nyní věří, jak vesmír přišel do dnešní podoby. Věříme, že 30% vesmíru je hmota a dalších 70% je temná energie a temná hmota zahrnuje více než 90% hmoty ve vesmíru. V laboratořích nikdo nezjistil temnou hmotu, takže neznají tvar, barvu ani vůni, ale existují důkazy, že je tam. Můžeme to zjistit pomocí tzv. Gravitačních čoček.
Fraser: Takže jste nedávno provedli průzkum pomocí Hubbleova vesmírného teleskopu k mapování koncentrace tmavé hmoty. Jaký to byl proces?
Dr. Jee: Temná hmota zahrnuje, jak jsem řekl, 90% hmoty ve vesmíru a nejlepším místem, kde hledat temnou hmotu, je místo, kde ji nejvíce oplývá. Proto jsme Hubbleův kosmický dalekohled poukázali na dva z nejzajímavějších klastrů galaxií, které se formovaly, když byl vesmír poloviční než jeho současný věk.
Fraser: A co jsi viděl?
Dr. Jee: Zkoumali jsme spektrální rozložení pozadí galaxií. Zkoumáním zkreslení těchto galaxií v pozadí jsme dokázali určit hustotu temné hmoty v popředí.
Fraser: Uvidím, jestli tomu rozumím správně. Dívali jste se na vzdálené galaxie a při pohledu na to, jak se světlo mění, když se k nám přibližovalo, jste dokázali zjistit, kde jsou skryté shluky hmoty, které na ni působí gravitačně.
Dr. Jee: Přesně. Možná je to dobrá analogie. Předpokládejme, že čtete novinový článek pomocí lupy, můžete odvodit sílu nebo tloušťku čoček tím, že prozkoumáte, jak písmena vypadají zvětšovacím sklem větší. Podobně, když se podíváte na zkreslení nebo zvětšení galaxií v pozadí, můžete určit hustotu nepolapitelné temné hmoty v popředí.
Fraser: Takže jaký je tedy vztah mezi temnou hmotou a galaxiemi, který můžeme vidět?
Dr. Jee: Je to dominantní záležitost ve vesmíru a má gravitaci. Bez temné hmoty je velmi těžké vytvářet galaxie s velkými strukturami, které vidíme v dnešním vesmíru. Takže určitě temná hmota pomáhá tvořit galaxie ve velkém měřítku struktury.
Fraser: Je tedy možné, že tam, kde se temná hmota někdy zhroutí, tam pravděpodobně uvidíme galaxie?
Dr. Jee: Ano, to je v podstatě to, co jsme našli v našem výzkumu. Lidé spekulovali, že temná hmota je částicemi bez kolize a temná hmota a normální hmota by měly existovat společně. Ale nikdo to nebyl schopen jasně určit, protože temná hmota nevyzařuje žádné elektromagnetické vlny. Pomocí Hubbleova tělesa jsme zjistili, že světelné galaxie se tvoří v nejhustších oblastech těchto halos temné hmoty.
Fraser: Pokud víme, že k takovému shlukování dochází - zdá se, že se tyto dva jdou ruku v ruce - umožňuje vám to vyhazovat existující teorie o tom, čím by tato temná hmota mohla být?
Dr. Jee: Ano, to nám dává spoustu vodítek. Většina lidí věří, že temná hmota je bez kolize, ale někteří naznačují, že mohou mít nějaké kolizní vlastnosti, jako je plynný vodík. Způsob, jakým se temná hmota shlukuje, nám dává rady o tom, co je temná hmota. Předpokládejme, že temná hmota má kolizní vlastnosti, jako je atom vodíku, pak se velmi často srazí, a uvidíme velmi hladké rozložení halou temné hmoty. Zjistili jsme však, že tyto struktury jsou velmi nemotorné, jako hmota samotné galaxie. To naznačuje, že částice temné hmoty, pokud nějaké budou, budou částicemi bez kolize, jak říká většina teorií v dnešní astronomii.
Fraser: Ach, vidím, takže skutečné částice, které by mohly způsobit tuto temnou hmotu, jsou buď tak malé, nebo tak slabě interagující, že ani spolu netkají. A pokud by společně dávali bonbón, viděli byste ještě rovnoměrnější rozptyl distribuce. Jaká by tedy byla další fáze vašeho výzkumu na základě zjištěných zjištění?
Dr. Jee: Program Advanced Camera for Surveys zahrnuje více než 15 galaxií, které jsou velmi zajímavé. Toto jsou pouze první dva výsledky. Věříme, že pokud dokončíme našich 15 galaxiových shluků pro průzkum, budeme mít jasnější představu o tom, jak temná hmota a normální hmota interagují, možná gravitací společně. A můžeme mít jasnější představu o tom, jak temná hmota přispívá k vytvoření rozsáhlé struktury vesmíru.
Fraser: A na základě výzkumu, který jste doposud provedli, máte pet teorii o tom, jaká by mohla být temná hmota?
Dr. Jee: Pokud půjdete na web Astro-ph, jedná se o web, na který lidé nahrávají své různé výzkumné práce, a je jich asi 10 nebo 15 denně. A existuje mnoho spekulací o tom, které jsou velmi atraktivní a věrohodné. Ale myslím, že povaha temné hmoty může být zodpovězena za 10 nebo 15 let od nynějška, ale stále hledáme. Náš výzkum dává bezprecedentní rozlišení temné hmoty, která může rozlišovat mezi částicemi kolize a částicemi bez kolize.
Fraser: A existují i jiné nástroje než Hubble, které mohou tuto práci dělat?
Dr. Jee: Můžeme udělat gravitační čočky pomocí pozemních dalekohledů. Ve skutečnosti to bylo v roce 1990, kdy lidé poprvé detekovali temnou hmotu pomocí gravitačních čoček. Ale když děláte gravitační čočky pomocí pozemního dalekohledu, rozlišení je tak špatné. Jinými slovy, atmosférická turbulence potře gravitační čočku, takže nevidíme velmi kvalitní obraz temné hmoty. Pokud ale dalekohled použijeme ve vesmíru, nerozostří obraz pozadí, takže zachováte gravitační signál čočky. Můžeme přijít s obrazem distribuce temné hmoty s velmi vysokým rozlišením.
Fraser: A větší nástroj vám poskytne lepší obrázek.
Dr. Jee: Rozhodně. Dalším dalekohledem je JWST (James Webb Space Telescope) efektivně zvýší rozlišení významnosti temné hmoty faktorem 10 nebo více.
Fraser. Myslíte si, že byste viděli něco výrazně jiného s 10x rozlišením?
Dr. Jee: Globální tvar distribuce temné hmoty se příliš nezmění, ale v tom případě můžeme být schopni porovnat strukturu temné hmoty s ohledem na galaxie. V takovém případě můžeme být schopni odpovědět, zda částice temné hmoty mají nějaké kolizní vlastnosti. Na začátku jsem řekl, že to, co jsem našel, je v souladu s hypotézou o kolizi. Existují však návrhy, že částice tmavé hmoty mohou mít velmi malé kolizní vlastnosti. Takže bychom mohli určit posun mezi temnou hmotou a hmotou galaxie. To vám dává mnoho možných omezení kolizních průřezů mezi normálními a částicemi temné hmoty.
Tento výzkum byl publikován v časopise Space Magazine 13. prosince 2005.
