Нови поглед на „Ајнштајнове прстенове“ око удаљених галаксија приближио нас је решавању дебате о тамној материји

Физичари верују да већину материје у универзуму чини невидљива материја за коју знамо само кроз њене индиректне ефекте на звезде и галаксије које можемо да видимо.

Ми нисмо луди! Без ове „тамне материје“, универзум какав видимо не би имао никаквог значења.

Али природа тамне материје је древна мистерија. али, Нова студија Написао Алфред Амротх са Универзитета у Хонг Конгу и колеге, објављено у природна астрономијакористи гравитационо савијање светлости да нас доведе корак ближе разумевању.

Невидљив, али свеприсутан

Разлог зашто мислимо да тамна материја постоји је тај што можемо да видимо њене гравитационе ефекте на понашање галаксија. Тачније, чини се да тамна материја чини око 85% масе универзума, а чини се да је већина удаљених галаксија које можемо видети окружена ореолом мистериозне материје.

Али зове се тамна материја јер не емитује, не апсорбује и не рефлектује светлост, што је веома тешко детектује.

Па шта су ово? Мислимо да је то нека врста непознате фундаменталне честице, али још нисмо сигурни. Сви покушаји да се у лабораторијским експериментима открију честице тамне материје до сада су пропали, а физичари су деценијама расправљали о њиховој природи.

Научници су предложили два главна хипотетичка кандидата за тамну материју: релативно тешке ликове који се називају масивне честице са слабом интеракцијом (или ВИМП) и екстремно лагане честице које се називају аксиони. У теорији, ВИМП-ови се понашају као дискретне честице, док се аксиони понашају као таласи због квантне интерференције.

Било је тешко разликовати ове две могућности – али благо заобилажење око удаљених галаксија дало је траг.

Гравитационо сочиво и Ајнштајнови прстенови

Када светлост пролази кроз свемир поред масивног објекта као што је галаксија, његова путања је закривљена јер – према теорији опште релативности Алберта Ајнштајна – гравитација масивног објекта искривљује простор и време око њега.

Као резултат тога, понекад када погледамо удаљену галаксију можемо видети искривљене слике других галаксија иза ње. А ако се ствари савршено поравнају, светлост из позадинске галаксије ће кружити око најближе галаксије.

Ово изобличење светлости се назива „гравитационо сочиво“, а кругови које може да створи се називају „Ајнштајнове петље“.

Проучавајући како се прстенови или друге лентикуларне слике изобличују, астрономи могу научити о својствима ореола тамне материје која окружује најближу галаксију.

Аксиони против ВИМП-а

А то је управо оно што су Амротх и његов тим урадили у својој новој студији. Они су погледали неколико система где је више копија истог објекта било видљиво у позадини око галаксије са сочивом у предњем плану, са посебним фокусом на систем који се зове ХС 0810+2554.

Користећи детаљно моделирање, утврдили су како би се слике изобличиле да је тамна материја направљена од ВИМП-а у односу на то како би било да је тамна материја направљена од аксиона. ВИМП модел није много личио на праву ствар, али аксион модел је тачно репродуковао све карактеристике система.

Ово откриће указује да су аксиони вероватнији кандидат за тамну материју, а њихова способност да објасне аномалије сочива и друга астрофизичка запажања иритира научнике.

честице и галаксије

Ново истраживање се заснива на претходним студијама које су такође показале да су аксиони највероватнији облик тамне материје. На пример, једна студија посматрао ефекте аксионске тамне материје на космичку микроталасну позадину, док последњи Испитивање понашања тамне материје у патуљастим галаксијама.

Иако ово истраживање неће окончати научну дебату о природи тамне материје, оно отвара нове путеве за тестирање и експериментисање. На пример, будућа посматрања гравитационог сочива могу се користити за испитивање таласасте природе аксона и евентуално мерење њихове масе.

Боље разумевање тамне материје имаће импликације на оно што знамо о физици честица и раном универзуму. Такође нам може помоћи да боље разумемо како се галаксије формирају и мењају током времена.