Hubble odkrywa "chwiejące się" galaktyki

Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a astronomowie odkryli, że najjaśniejsze galaktyki w gromadach galaktyk “chwieją się” w stosunku do środka ich masy. Wynik ten jest jednak niezgodny z przewidywaniami zawartymi w aktualnym standardowym modelu ciemnej materii. Dalsze analizy mogą dostarczyć wiedzy na temat natury ciemnej materii, być może nawet wskazując, że działa nowa fizyka.

Ciemna materia stanowi zaledwie 25% całej materii we Wszechświecie. Ponieważ nie można jej obserwować bezpośrednio, staje się ona jedną z największych tajemnic współczesnej astronomii. Niewidzialne halo nieuchwytnej ciemnej materii otaczają zarówno galaktyki jak i gromady galaktyk. Te ostatnie to masywne zgrupowania ponad tysiąca galaktyk zanurzonych w gorącym międzygalaktycznym gazie. Gromady takie mają bardzo gęste jądra, każde zawierające masywną galaktykę, zwaną najjaśniejszą gromadą galaktyk – brightest cluster galaxy (BCG). 

Model standardowy ciemnej materii (zimnej ciemnej materii – cold dark matter) przewiduje, że kiedy gromada galaktyk raz powróci do stanu “rozluźnienia” po burzliwym doświadczeniu łączenia się, BCG nie przenosi się z centrum gromady. Utrzymuje się w miejscu dzięki ogromnemu wpływowi grawitacyjnemu ciemnej materii.

Jednakże teraz zespół szwajcarskich, francuskich i brytyjskich astronomów przeanalizował dziesięć gromad galaktyk obserwowanych za pomocą teleskopu Hubble’a i stwierdził, że ich BCG nie są nieruchome w centrach, tak jak się tego spodziewano.

Dane z Hubble’a wykazują, że “chwieją” się one względem środka masy każdej gromady na długo po tym, jak gromada galaktyk powróciła do stanu rozluźnienia po połączeniu. Innymi słowy środek widocznych części każdej gromady galaktyk i środek całkowitej masy gromady – wraz z jego halo ciemnej materii – są przesunięte aż o 40 000 lat świetlnych. 

“Odkryliśmy, że BCG ‘chwieją’ się wokół centrum halo, co wskazuje na to, że zamiast gęstego obszaru w centrum gromady galaktyk (jak przewiduje model zimnej ciemnej materii), jest tam znacznie płytsze zgrubienie centralne. To frapujący sygnał dotyczący egzotycznych form ciemnej materii w samym sercu gromad galaktyk” – wyjaśnia David Harvey, astronom z EPFL w Szwajcarii i główny autor artykułu.

"Chwiejące" się BCG można było przeanalizować jedynie wtedy, gdy badane gromady galaktyk były jednocześnie soczewkami grawitacyjnymi. Są tak masywne, że zakrzywiają czasoprzestrzeń wystarczająco, aby zniekształcić światło odległych obiektów znajdujących się poza nimi. Efekt ten, zwany silnym soczewkowaniem grawitacyjnym, może być wykorzystany do stworzenia mapy ciemnej materii powiązanej z gromadą, umożliwiając astronomom dokładne określenie położenia środka masy a następnie zmierzyć przesunięcie od niego BCG. 

Jeżeli to “chwianie się” nie jest nieznanym zjawiskiem astrofizycznym a właściwie rezultatem zachowania ciemnej materii, jest to niezgodne ze standardowym modelem ciemnej materii i może być wyjaśnione tylko wtedy, gdy cząstki ciemnej materii wejdą w interakcję ze sobą, co z kolei jest sprzeczne z obecnym zrozumieniem ciemnej materii. Może to wskazywać, że do rozwiązania zagadki ciemnej materii są potrzebne nowe zasady fizyki. 

Współautor pracy, Frederic Courbin, także z EPFL stwierdza: Z niecierpliwością czekamy na obszerniejsze przeglądy, takie jak np. Euklides, które zwiększą nasz zestaw danych. Wtedy będziemy mogli ustalić, czy "chwianie" się BCG jest wynikiem nowego zjawiska w astrofizyce czy nowymi zasadami fizyki. Obydwa wyniki byłyby ekscytujące!  

Astronarium o ciemnej materii

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Hubble discovers “wobbling galaxies”

Źródło:
Space Telescope

Na zdjęciu: Ogromna galaktyka eliptyczna w centrum zdjęcia wykonanego przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a jest najbardziej masywnym i najjaśniejszym członkiem gromady galaktyk Abell 2261. Astronomowie odwołują się do niej jako do najjaśniejszej gromady galaktyki (BCG). Źródło: NASA, ESA, M. Postman (Space Telescope Science Institute, USA), T. Lauer (National Optical Astronomy Observatory, USA), oraz zespół CLASH.