2008.08.27. - Újabb nyom a sötét anyag utáni kutatásban

Két óriási galaxishalmaznak a Hubble és a Chandra űrteleszkópok által is detektált ütközése következtében újabb mozaik kerülhet a helyére a sötét anyag utáni nyomozás egyelőre még eléggé hézagos kirakósjátékában.

A NASA Chandra röntgenműholdja és a Hubble űrteleszkóp mérései alapján új bizonyíték körvonalazódik a sötét anyag utáni nyomozásban. Az űreszközök által tanulmányozott objektum a MACS J0025.4-1222 katalógusjelű halmaz, ami tulajdonképpen két, az összeütközés fázisában lévő óriás galaxishalmaz alkotta konglomerátum. A röntgen- és az optikai tartományban dolgozó teleszkópok adatai alapján a Marusa Bradac (University of California, Santa Barbara) vezette kutatócsoport egyértelműen szét tudta választani az összeolvadó halmazban található normál és sötét anyagot. Az új eredmény segíthet megválaszolni azt a sarkalatos kérdést, hogy a sötét anyag a gravitáción kívül milyen módon hat kölcsön önmagával. Az alkalmazott módszer megegyezik az ún. Lövedék-halmaz (Bullet Cluster, 1E0657-56) esetében alkalmazott eljárással.

A MACS J0025.4-1222 katalógusjelű összeolvadó galaxishalmaz normál (bal oldali kép) és teljes (normál + sötét) anyagának (középső kép) eloszlása. A jobb oldali kép e kettő egymásra montírozásával állt elő.
[Röntgen: NASA/CXC/Stanford/S. Allen; optikai/lencséző: NASA/STScI/UC Santa Barbara/M. Bradac]

A Chandra röntgenteleszkóp segítségével az összeütköző halmazokban található intergalaktikus, 100 millió fokos hőmérsékletű normál, ún. barionos anyag eloszlása térképezhető fel, míg a halmazokban található összes (normál + sötét) anyag eloszlását a Hubble űrteleszkóp adatai alapján határozták meg. Ez azért volt lehetséges, mert a halmaz anyaga a gravitációslencse-hatás révén eltorzítja a még távolabb lévő háttérgalaxisok képét. A halmaz különböző helyein meghatározva a torzítás mértékét előállítható a halmaz teljes anyagának eloszlási térképe.

A mérési eredmények szerint a körülbelül 5,7 milliárd fényév távolságban található összeütköző halmazok nagyjából egyenlő tömegűek, egyenként mintegy ezer milliárd naptömegnyi anyaggal. Az összeolvadás sebessége eléri az óránkénti több millió kilométert. A röntgen- és az optikai/lencséző képek egymásra montírozásával nyert felvételen az is jól látszik, hogy a teljes halmaz összes anyagának eloszlása különbözik a barionos anyag eloszlásától. Ennek az oka az, hogy a két halmaz normál anyaga az ütközés következtében lelassul, a sötét anyag esetében azonban ilyen hatás nincs. Ez pedig azt jelentheti, hogy a sötét anyag részecskéi között a gravitációs kölcsönhatáson kívül egyáltalán nincs más kölcsönhatás, vagy ha van is, az nagyon gyenge. A becslések szerint mind a forró intergalaktikus, mind a csillagok formájában jelen lévő normál anyag aránya 10 százalék körüli, azaz a halmazok gravitációs mezejét főleg a sötét anyag határozza meg.

A bal oldali képen a Hubble űrteleszkóp felvétele az összeolvadó galaxishalmazokról, míg a jobb oldalon ugyanez a kép a rámontírozott anyageloszlási térképekkel. A terület mérete körülbelül 3 ívmásodperc, azaz a telihold átmérőjének tizede.
[Röntgen: NASA/CXC/Stanford/S. Allen; optikai/lencséző: NASA/STScI/UC Santa Barbara/M. Bradac]

A sötét anyag és energia problémája az asztrofizika egyik legnagyobb kihívása. A mai elképzelések szerint a sötét anyag a Világegyetem anyag-energia tartalmának 23-24 százalékát teszi ki, ami 4-5-szöröse a látható anyag részarányának. A maradék - azaz a túlnyomó rész - a sötét energia. A MACS J0025.4-1222 halmazra vonatkozó új eredmények - a Lövedék-halmazra vonatkozó korábbi, hasonló megállapításokkal együtt - újabb bizonyítékot szolgáltatnak ezen misztikus anyagforma létezésére.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• Chandra NR 2008.08.27.
• STScI-2008-32
• arXiv:0806.2320v2 [astro-ph]