Астрономи су још увек у раној фази када су у питању питања о природи и својствима тамне материје.
Теорија о постојању ове супстанце била јеизнео пре више од 40 година као објашњење за неслагање између масе свих видљивих објеката у галаксији и масе саме галаксије. Астроном Вера Рубин, која је прва открила неслагање, утврдила је да је ова невидљива супстанца изузетно честа и да чини већи део Универзума. Данас ову супстанцу познајемо као тамну материју.
Вера Рубин. Фото:&нбсп;Царнегие Институтион фор Сциенце / царнегиесциенце.еду
Иако астрономи имају најмање триДокази да постоји тамна материја, ниједан од покушаја да се открију директни докази о његовом постојању и да се утврде његове особине није био успешан.
Међутим, рад научника са Универзитета у Јејлуна челу са Петером ван Доккумом, објављеним у часопису Натуре у марту 2018. године, научници су више него икада довели научнике ближе проналажењу још једног доказа о постојању ове супстанце.
Шта астрономи знају о тамној материји?
Тамна материја је супстанца која нијеинтерагује са другим стварима помоћу електромагнетних (ЕМ) или јаких нуклеарних сила. Одсуство електромагнетних интеракција значи да не може емитовати, апсорбовати, рефлектовати, ломити или дифузно светло. То га, наравно, чини прилично сложеним предметом посматрања. Међутим, око 85% свих материја у универзуму је тамна материја.
До сада, научници немају практичних доказа да тамна материја заиста постоји, али постоји теоретски. Ево три главна.
Галактичке кривуље ротације
Када се један објекат окреће око другог,објекат у орбити мора бити константно убрзан до централног (или, прецизније, обоје убрзава до свог комбинованог центра масе). Без тог убрзања, орбитално тело ће једноставно одлетети.
Што се брже креће орбитално телопотребно је више убрзања да би се задржала у орбити. Пошто је у овом случају убрзање последица гравитације, то значи да централна маса мора бити већа.
То знање омогућава научницима да "разликују"делове галаксије, као и мерење брзине ротације, упоређујући црвене помаке на прилазним и повлачним странама галаксије. Када узимају тежину, астрономи виде несклад између масе свих објеката у галаксији и њене укупне масе.
Редсхифт— померање спектралних линија хемијских елеменатана црвену страну (дуга таласна дужина). Овај феномен може бити израз слабог дифузног расејања, Доплеровог ефекта или гравитационог црвеног помака, или њихове комбинације. Померање спектралних линија у спектрима небеских тела први је описао француски физичар Хиполит Физо 1848. године и предложио Доплеров ефекат изазван радијалном брзином звезде да објасни померање.
Гравитацијско лечење
Према опћој теорији релативности, било којавреме које пролази кроз гравитационо поље је благо искривљено. Делује као гравитационо сочиво и може да произведе, на пример, "Ајнштајн прстенове", као на слици испод.
Ајнштајнове опште теорије релативностида гравитација тако великих просторних објеката као галаксија савија простор око њега и скреће зраке светлости. Када се то догоди, искривљена слика друге галаксије - извор светлости.
"Еинстеинов прстен" на слици изнад јеискривљена слика једне галаксије (означена је плавом бојом), лоцирана иза друге (црвене) галаксије у центру. Светлост од плаве боје се шири у свим правцима, али је савијена од гравитације црвене галаксије. То значи да светлост, која је, на пример, првобитно била усмерена директно на Земљу, никада неће доспети до наше планете - за разлику од светла, које је имало другачији правац, али је било изобличено објективом и наставља као да је из свих праваца одједном. Овај процес објашњава изглед прстена.
У слабим гравитационим сочивима, статистичкианализа изобличења у светлости коју примамо омогућава нам да „приметимо“ гравитационо поље између Земље и удаљених галаксија. Често постоји више масе — а самим тим и више материје — у овој области него што научници могу да објасне.
Пример гравитационог сочива, који са становишта постојеће теорије доказује присуство тамне материје, је фотографија јата галаксије Буллет, која се налази у сазвежђу Карина.
Слика приказује последице судара две галаксије. Црвена боја на слици приказује области видљиве материје, а плава тамну материју, чије присуство је одређено гравитационим сочивом.
Ова разлика је због чињенице даВећина светлеће материје у групи галаксија налази се у интракластичној средини - у врућој, густој плазми. Када се делови плазме сударају један са другим, значајна количина супстанце се успорава и остаје у центру. Али тамна материја слабо комуницира са материјом, тако да њене компоненте из два кластера могу слободно пролазити једна поред друге - што доводи до одвајања приказаног на фотографији.
Релицко зрачење
Током првих неколико стотина хиљада година послеУ Великом праску, Универзум је био довољно врућ да постане високо јонизован. Ово га је привремено учинило готово непрозирним за светлост - фотони су се ротирали као и свака друга честица. Међутим, када су се ствари довољно охладиле, значајне количине протона и електрона су се комбиновале да би формирале неутрални водоник, који је постао довољно провидан за већину светлости која га окружује. Овај процес се десио прилично брзо (у смислу космолошког времена) - као резултат тога, сва светлост садржана у Универзуму, релативно говорећи, изненада је ослобођена, правећи снимак у тој фази његове еволуције. Ово је поједностављен начин да се опише космичко микроталасно позадинско зрачење.
Да би открили ову светлост, научници могуусмерите радио-телескопе у било ком правцу, а у зависности од области посматрања, температура ће се незнатно мењати. Разлика у температури се објашњава присуством или одсуством тамне материје у овом региону.
Шта је неуобичајено у првој галаксији?
ДФ2 је галаксија која је део велике групекоју води масивна елиптична галаксија НГЦ 1052. Галаксија је привукла пажњу научника јер је изгледала другачије на фотографијама које је направио Драгонфли анд Слоан Дигитал Ски Сурвеи (СДСС). У првом је галаксија изгледала као тачка слабе светлости, док је у другом била група тачкастих објеката.
На основу ових запажања, научници предвођениПиетер ван Доккум је идентификовао десет глобуларних јата (великих група старих звезда) унутар галаксије и открио да се крећу три пута спорије него да постоје велике количине тамне материје. Чињеница је да када би маса галаксије била већа од масе видљивих објеката, јата би се ротирала брже.
Научна заједница је критички оценила публикацију— грешка истраживача је била што су посматрали само десет кластера и то само две ноћи. Скептици су веровали да су научници можда превидели кључне детаље о кретању звезданих јата, што је резултирало њиховим проценама масе и видљиве материје галаксије.
А у другом?
Једини начин да се докаже њихова исправностПосматрање је трагање за другом галаксијом која би садржала минималну количину тамне материје - ау марту 2019. таква галаксија је откривена.
Истраживачи су објавили два научна чланка - уОни су били први који су поново измерили масу ДФ2 користећи Хаблову напредну камеру и 10-метарски телескоп у опсерваторији Кецк на Хавајима. Овог пута, астрономи су посматрали не само брзину кретања кластера, већ и брзину ротације звезда унутар њих. Као резултат тога, научници су утврдили да је ДФ2 провидна ултра-дифузна галаксија, чија је величина приближно иста као Млечни пут. Само је у њему било око 200 пута мање звезда.
Други чланак био је посвећен откривању таквог стањаДФ2 галаксије - ДФ4, које се налазе у истој групи поред галаксије НГЦ 1052. Истраживачи верују да, као прво, галаксије са минималном количином тамне материје нису неуобичајене, и друго, да велика галаксија може да "украде" мрак њихове мање комшије.
Како одсуство тамне материје може бити доказ његовог постојања?
Да разумем изјаву да је одсуство мракаматерија у две галаксије потврђује њено присуство у свемиру у складу са општом теоријом релативности, вреди размотрити критику идеје о присуству тамне материје.
Неки научници се не слажу да у универзумуту је тамна материја, а теоријски докази о њеном присуству приписују се такозваној модификованој Невтоновој динамици (МОНД). Ова алтернативна теорија каже да гравитација на космичкој скали не функционише онако како су то предвидели Исак Њутн или Алберт Ајнштајн. То значи да Општа теорија релативности, на којој се граде теорије о постојању тамне материје, не ради у случају галаксија.
На пример, теоријски физичар Ерик Верлинде изУниверзитет у Амстердаму је 2016. објавио научни рад који је испитивао гравитацију као нуспродукт квантних интеракција и сугерисао да је додатна гравитација која се приписује тамној материји ефекат тамне енергије - позадинске енергије уткане у ткиво простор-времена Универзума.
Другим речима, Верлинде верује да тамна материја није материја, већ само интеракција између обичне материје и тамне енергије.
Откриће научника са Универзитета Јејлпоказује да се тамна материја може одвојити од обичне материје, под условом да се обје детектоване галаксије понашају у складу са стандардном теоријом гравитације. То јест, процеси који се у њима одвијају могу се објаснити помоћу једначина које су открили Невтон и Кеплер.
Која су питања
Откриће астронома, ако успеконачно потврђено кроз будућа посматрања, доводи у питање постојећу теорију о формирању галаксија. Конкретно, говоримо о претпоставци да би већи НГЦ 1052 могао да „украде” тамну материју из ДФ2 и ДФ4. Ако је то заиста могуће, под условом да се сачува ред који се посматра у обе посматране галаксије, онда ће астрономи морати у потпуности да преиспитају механизам њиховог формирања и постојања.
"Надамо се да ћемо сазнати колико је уобичајеноове галаксије и да ли постоје у другим деловима универзума. Желимо да пронађемо још доказа који ће нам помоћи да схватимо како су њихове особине конзистентне или нису у складу са нашим тренутним теоријама. Надамо се да ће нам то омогућити да направимо још један корак у разумевању једне од највећих мистерија у нашем универзуму - природи тамне материје ”, рекао је Доккум у разговору са Астрономијом.