Ciemna materia bardziej rozmyta niż dotychczas sądzono?

Ostatnie obserwacje i badania z udziałem kosmicznego teleskopu rentgenowskiego Chandra mają za cel testowanie współczesnych modeli ciemnej materii – nieznanego, trudnego do zaobserwowania składnika Wszechświata. Okazuje się teraz, że choć wciąż nie wiemy, czym ona jest, może być jeszcze bardziej rozmyta i niewyraźna.

Praca opublikowana na łamach Monthly Notices of the Royal Astronomical Society koncentruje się na obserwacjach trzynastu gromad galaktyk na falach rentgenowskich – a zatem w bardzo wysokich już energiach. Obserwacje gorącego gazu przenikającego gromady posłużyły do oceny ilości o rozkładu ciemnej materii w ich obrębie. Dzięki temu można testować współczesne modele opisujące ten nieuchwytny składnik Kosmosu – innymi słowy ten z modeli, który jest w najlepszej zgodności z wyznaczonymi parametrami, wydaje się jednocześnie najbardziej prawdopodobny.

Obecnie standardowy model kosmologiczny zakłada istnienie “zimnej ciemnej materii”, przy czym “zimna” oznacza w tym przypadku tyle, co poruszająca się powoli w porównaniu z prędkością światła. Jednak dokładne modele fizyczne odnoszące się chłodnej ciemnej materii wskazują na to, że materia taka powinna  skupiać się w centrach galaktyk. Tymczasem czegoś takiego nie astronomowie nie zaobserwowali. Dodatkowo modele zimnej materii przewidują, że Droga Mleczna powinna posiadać wiele małych galaktyk satelitarnych – więcej, niż faktycznie znamy. Nawet biorąc pod uwagę fakt, że niektóre z nich mogą być trudne do wykrycia, modele te wciąż wymagają ich dużo, dużo więcej.

Jednak zimna ciemna materia jest tylko jedną z kilku hipotez. Na przykład "rozmyta ciemna materia" jest modelem, w którym ciemna materia składa się z obiektów o masach około 10 tysięcy bilionów bilionów mniejszych niż masa elektronu. W mechanice kwantowej wszystkie cząstki posiadają zarówno masę, jak i odpowiadającą jej długość fali. Taka mała masa oznacza, że długość fali przypisanych do tych cząstek byłaby ogromna i dochodziłaby do 3000 lat świetlnych (dla porównania: najdłuższa znana długość fali światła, odpowiadająca falom radiowym, to zaledwie kilka kilometrów.

Ciemna materia o tak dużej długości fali nie musiałaby skupiać się w centrach galaktyk, co może wyjaśniać, dlaczego nie jest to obserwowane. Model ten dobrze zgadza się z obserwacjami małych galaktyk, jednak już większe galaktyki nie do końca są z nim zgodne – może to wymagać nieco bardziej złożonego wyjaśnienia. Gromady galaktyk są z kolei największymi ciałami do zbadania zachowania się tego modelu. To właśnie dlatego naukowcy zdecydowali się skierować orbitalny teleskop rentgenowski Chandra na kilka masywnych gromad.

Wyniki i wnioski z badań są następujące: wprawdzie model rozmytej ciemnej materii wciąż nie w pełni wyjaśnia danych, na które obserwacje gromad, ale już bardziej złożony i jeszcze bardziej „rozmyty” model już tak. W modelu tym cząstki tworzące ciemną materię zajmują kilka stanów kwantowych jednocześnie (!), przez co poszczególne długości ich fal nakładają się na siebie, powodując nasilenie się efektu zmieniającego rozmieszczenie ciemnej materii w całej gromadzie galaktyk.

Przewidywania tego modelu dobrze odpowiadają obserwacjom trzynastu gromad galaktyk. Oznacza to, że model „bardziej rozmytej ciemnej materii” może już wkrótce stać się najlepszym modelem. Jednak zdaniem naukowców potrzebne są jeszcze dalsze badania i bardziej dokładne pomiary.


Czytaj więcej:



Zdjęcie: cztery z trzynastu gromad galaktyk wziętych pod uwagę w niedawnych badaniach nad ciemną materią  z wykorzystaniem kosmicznego teleskopu Chandra.
Źródło: X-ray: NASA/CXC/Cinestav/T.Bernal et al.; Optical: Adam Block/Mt. Lemmon SkyCenter/U. Arizona