2015.04.17. - Világosodik a sötét anyag?

Egy ütköző galaxiscsoportban először bukkantak olyan nyomra, amely arra utal, hogy az ún. sötét anyag nem csak gravitációsan hat kölcsön önmagával, hanem valamilyen egyéb, egyelőre ismeretlen módon is.

Az ESO VLT távcsőegyüttese MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) műszerének adatai és a Hubble-űrtávcső felvételei alapján egy kutatócsoport egy négyes galaxisütközést vizsgált az Abell 3827 katalógusjelű galaxishalmazban. A kutatóknak sikerült feltérképezni a tömegeloszlást a rendszerben és így összevetni a fényes galaxisok pozícióit a sötét anyag eloszlásával.

Mint az elnevezése is mutatja, a sötét anyag nem bocsát ki detektálható elektromágneses sugárzást, így nem is láthatjuk. Létezéséről a gravitációs hatása alapján lehet tudomásunk, eloszlásának feltérképezése pedig a gravitációslencse-hatása miatt lehetséges. A négy galaxis ütközése sokkal távolabbi, a rendszerrel kapcsolatban nem álló források előtt történt. A kölcsönható galaxisokat körülvevő sötét anyag által jelentősen eltorzított téridő eltéríti a távoli galaxisokból érkező fénysugarakat, ezáltal az optikai lencsékhez hasonlóan leképezi azokat. Az eredmény a háttérforrások felnagyított, felerősített és jellemző ívekké torzított képe.

Jelen tudásunk szerint minden galaxis sötét anyagba ágyazódik. Annak gravitációs hatása nélkül a galaxisok, köztük a Tejútrendszer sem maradhatnának egyben, mivel a rotáció miatt fellépő erők szétzilálnák őket. Azért, hogy ez mégsem következik be, az elméletek szerint az univerzum tömegének 85%-át kitevő, egyéb tulajdonságait tekintve egyelőre tisztázatlan sötét komponens a felelős. (A becslések szerint az univerzum tömeg/energia-tartalmának 68%-a az ún. sötét energia, 27%-a a sötét anyag és 5%-ot tesz csak ki a "normál", látható anyag.)

A Hubble-űrtávcső felvétele az Abell 3827 katalógusjelű gazdag galaxishalmazról. A központi tagokat körülvevő különös kék struktúra a halmaz mögötti, sokkal távolabbi galaxisok gravitációslencse-hatás következtében létrejött képe.
[ESO]

A kutatócsoport a négy ütköző galaxist vizsgálva azt találta, hogy az egyik esetében a sötét anyag, amelybe beágyazódik, a kölcsönhatás közben "lemaradt" a galaxishoz képest, körülbelül 5 ezer fényévvel van hátrébb, mint annak világító anyaga. Az előrejelzések szerint ez csak úgy lehetséges, ha az ütközés közben a sötét anyag nem csak gravitációsan hat kölcsön önmagával, hanem valamilyen egyéb módon is. Számítógépes szimulációk is jól mutatják, ahogyan ez az extra "súrlódás" lelassítja a sötét anyagot. Egyelőre még senkinek sincs elképzelése sem a kölcsönhatás természetéről, jelenleg csak az tűnik biztosnak, hogy az nem gravitációs. (Valószínűleg mind a négy galaxis esetében van eltérés a világító és a sötét anyag súlypontja között, de csak egyik helyezkedik el kedvezően a jó minőségű képalkotáshoz, a másik háromnál a lencsézett képek távolabb esnek a galaxisoktól, így esetükben statisztikailag szignifikáns kijelentés nem tehető a sötét anyag szeparációjáról.) A kutatás vezetője, Richard Massey (Durham University) szerint ez az első eset, hogy a sötét anyag nem csak a gravitációs hatásával ad hírt magáról. A kutatók természetesen megjegyzik, hogy további vizsgálatok, hasonló rendszerek megfigyelései és számítógépes szimulációk szükségesek annak tisztázására, hogy milyen hatások okozhatnak még a megfigyelthez hasonló eltérést.

A kék kontúrvonalak a sötét anyag eloszlását jelzik a galaxishalmazban. A baloldali galaxisnál a sötét anyag súlypontja szignifikánsan eltér a galaxis látható anyagáétól.
[ESO/R. Massey]

Pár hete egy másik, 72 galaxishalmaz ütközését vizsgáló, szintén Massey részvételével készült tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy a sötét anyag csak nagyon kis mértékben hat kölcsön saját magával. Massey és kollégáinak jelen munkája azonban nem halmazok, hanem egyedi galaxisok dinamikájára koncentrált. Szerintük ezen galaxisok ütközése tovább tartott, mint a másik kutatásban vizsgált kölcsönhatások, így az egyébként kicsi fékező hatások is mérhető nagyságú eltérést eredményezhettek. A legnagyobb bizonytalanság persze pont az ütközés időskálájában rejlik: a sötét anyagot lelassító erő lehet nagyon gyenge, mérhető eltérést csak milliárd évek alatt elérő, de lehet viszonylag erős, mondjuk "csak" 100 millió évig tartó hatás is.

A két eredmény együtt először ad korlátokat a sötét anyag viselkedésére vonatkozóan abban az értelemben, hogy egyik szerint bizonyos körülmények között a sötét anyag kölcsönhatása önmagával még a korábban gondoltnál is gyengébb, míg a másik szerint más körülmények esetén annál erősebb.

Az eredményeket részletező szakcikk a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• eso1514 - Science Release