Rieth József: Anyagvilág - Háttérinformáció
Ismeretlen erőkkel is kapcsolatban állhat a sötét anyag
Tartalomjegyzékhez < Világképem < Anyag-időszak Ismeretlen erők >>> Ausgebremst...
Egyre érdekesebb dolgok derülnek ki a sötét anyagról. Egy új tanulmány alapján nemcsak a gravitációs vonzás, hanem más, számunkra ismeretlen erők révén is megnyilvánulhat, ami a kutatás vezetője szerint új távlatokat nyithat meg a rejtélyes matéria tanulmányozásában.
Az Európai Déli Obszervatórium (ESO) csillagászai a chilei VLT óriástávcsőre szerelt MUSE spektrográffal, valamint a Hubble űrtávcső segítségével négy galaxis egyidejű ütközését vizsgálták az Abell 3827 elnevezésű galaxishalmazban (akár több ezer különálló galaxist magába foglaló objektum), mely csaknem 1,3 milliárd fényévre van Földünktől.
A vizsgálat
A misztikus sötét anyagot – amelynek létezését többen vitatják - nem észlelhetjük közvetlenül, a számunkra érzékelhető világegyetemmel csak a gravitáció révén tartja a kapcsolatot, így jelenlétére a gravitációs lencsehatásból tudunk következtetni.
Az Abell 3827 galaxisainak ütközése a jóval távolabb található háttér galaxisok előtt történt. Az ütköző galaxisokat körülölelő sötét anyag a gravitáció révén torzította a téridőt, ezzel pedig a háttér galaxisok fényének útját – jellegzetes köríves formában - eltérítette. A kutatóknak ki kellett venni a „képletből” a látható galaxisok gravitációs befolyását, így tisztán meg lehetett figyelni a sötét anyag gravitációs tulajdonságait - ebből következtettek a rejtélyes anyagfajta tömegére és eloszlására.
Az Abell 3827 galaxishalmaz. A középső galaxisokat körülvevő kékes színű struktúra a távolabbi háttér galaxisok fényét eltorzító gravitációs lencsehatás következménye. A négy összeolvadó galaxis tanulmányozása során vették észre, hogy az egyik rendszer körül a sötét anyag-csomó nem mozog együtt galaxisával. Ebből azt a következtetést vonták le, hogy ismeretlen természetű sötét anyag-sötét anyag interakció jött létre Forrás: ESO
Galaxisok fenntartója
Jelenlegi ismereteink alapján minden galaxis sötét anyag-csomókban létezik. A különös matéria gravitációs erejével egyben tartja a szüntelenül forgó rendszereket. Számítások szerint az Univerzum tömegének 85 százalékát kell kitennie a rejtélyes matériának, hogy ez megvalósulhasson.
Mi mennyi a Világegyetemben?
Az asztronómusok szerint az univerzum teljes tömeg-energia összetétele a következőképpen néz ki: 68 százalék sötét energia, 27 százalék sötét anyag és 5 százalék normál anyag. A cikkben szereplő 85 százalék azt jelenti, hogy az világegyetemben előforduló anyagokból ennyi tekinthető „sötétnek”.
Ötezer fényéves lemaradás
A tanulmányban megfigyelt négy ütköző galaxis egyikénél furcsa dolgot vettek észre: a sötét anyag csomója, mely galaxisát körülvette, lemaradt a rendszertől. Jelenleg 5000 fényévvel van a vizsgált galaxis mögött. Ezt az irdatlan távolságot a NASA Voyager űrszondája nagyjából 90 millió év alatt tenné meg.
De miért maradt hátra a sötét anyag csomója? Számítógépes szimulációk alapján a galaxisok ütközésekor a normál anyag mellett a sötét anyag csomói is interakcióba léptek, amivel lelassították egymást. A legrejtélyesebb az egészben a kölcsönhatás természete: elképzelhető, hogy a tudomány számára ismert hatások állhatnak a háttérben, de a kutatás szerzői azt sem tartják kizártnak, hogy egy eddig ismeretlen erő „mutatta meg magát”. A szakemberek abban azonban biztosak, hogy az említett erő nem a gravitáció volt.
„Korábban azt gondoltuk, hogy a sötét anyag jól elvan magában és a gravitációs vonzástól eltekintve nem csinál semmi különösebbet. Ha azonban a sötét anyag lelassult az ütközéstől, akkor lehetséges, hogy olyan fizikai jelenségeket tapasztaltunk meg, amikről idáig tudomásunk sem volt" – mondta Richard Massey, a Durham Egyetem kutatója, a tanulmány vezető szerzője a kiadott sajtónyilatkozatban.
Mielőtt azonban teljesen egy tudományos-fantasztikus filmben éreznénk magunkat, a tudósok csillapítják a kedélyeket: más – számunkra ismert – tényezők is állhatnak a lemaradás mögött, ezért további kutatások szükségesek a jelenség okainak pontos tisztázására
„Megfigyeléseink alapján az anyagfajta nemcsak a gravitációval, hanem másfajta erőkkel is kölcsönhatásban állhat, ami segíthet néhány, a sötét anyag természetére vonatkozó elméletet kigyomlálni” – tette hozzá Liliya Williams, a Minnesotai Egyetem munkatársa, aki szintén részt vett a tanulmány elkészítésében.
Tejútrendszer Forrás: ESO
Ellentmond egy korábbi tanulmánynak
A mostani tanulmány ellentmond egy nemrégiben közölt kutatásnak, amelyben 72 ütköző galaxishalmazt figyeltek meg és megállapították, hogy a rejtélyes sötét matéria csak minimálisan, vagy egyáltalán nem lép kapcsolatba önmagával.
A mostani publikáció megjelentetői szerint azonban van egy fundamentális különbség a két eredmény között. A galaxishalmazok ütközései jóval gyorsabban zajlottak, mint a különálló galaxisok karamboljai - ennek köszönhetően utóbbinál lehetőség nyílt még a legapróbb súrlódások felerősödésére is, amelyek később létrehozhatták a sötét anyag-csomó jól mérhető lemaradását.
Az ütközés időtartamával áll fenn a legtöbb bizonytalanság: elképzelhető, hogy a lassulást előidéző súrlódás egy nagyon gyenge erő, ami legalább egymilliárd évig működött, de az is elképzelhető, hogy jelentősebb erőről lehet szó, ami akár 100 millió év alatt hozhatta létre a sötét anyag és galaxisa közötti hézagot.
Massey ugyanakkor mindkét tanulmány eredményeit fontosnak vélte a sötét anyag megismerése szempontjából. A kutatás a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society április 15-i számában jelent meg.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
<<< Ismeretlen erők <<< Ausgebremst...
Die Dunkle Materie ist noch immer die große Unbekannte: Sie übt zwar einen Schwerkraft-Einfluss auf normale Materie aus, schien aber sonst keine Wechselwirkungen zu zeigen – bis jetzt. Denn Astronomen haben nun zum ersten Mal Indizien dafür entdeckt, dass die Dunkle Materie doch mit etwas anderem als der Gravitation interagiert. Bei der Kollision von vier fernen Galaxien hängt ein Klumpen der Dunklen Materie leicht hinter seiner Galaxie hinterher. Das könnte darauf hindeuten, dass er ausgebremst wurde – durch eine Wechselwirkung der Teilchen der Dunklen Materie untereinander.
Verteilung der Dunklen Materie in Abell 3827. Bei der linken Galaxie ist die Dunkle Materie leicht verschoben. (Richard Massey, ESO)
Die Dunkle Materie macht einen Großteil der Masse in unserem Universum aus. Dennoch ist sie für uns nicht sichtbar und lässt sich nicht direkt nachweisen, weil sie weder mit Licht noch mit anderen Komponenten unseres Kosmos reagiert. Einzig über ihre Schwerkraft wechselwirkt sie mit normaler Materie – so die gängige Annahme. "Wir haben bisher gedacht, dass Dunkle Materie einfach nur rumsitzt und sich um ihre eigenen Dinge kümmert", erklärt Erstautor Richard Massey von der Durham University in Großbritannien. Erst kürzlich schienen Beobachtungen bei der Kollision von Galaxienhaufen zudem darauf hinzudeuten, dass die Dunkle Materie nicht einmal mit sich selbst wechselwirkt. Die Anteile der Dunklen Materie in den Galaxienhaufen bewegten sich durch einander hindurch, ohne abgebremst oder anderweitig beeinflusst zu werden. Die Astronomen interpretierten dies als Indiz dafür, dass die Teilchen der Dunklen Materie auch keine Kraft aufeinander ausüben.
Überraschung in fernem Galaxienhaufen
Doch neue Beobachtungen am rund 1,3 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxienhaufen Abell 3827 scheinen dem nun zu widersprechen. In diesem Haufen kollidieren gleich vier elliptische Galaxien miteinander, die hellen Kerne dieser Sternenansammlungen liegen dadurch sehr eng beieinander – eine seltene Konstellation, wie die Forscher erklären. Und noch eine Besonderheit kommt hinzu: Eine massereiche Galaxie steht von uns aus gesehen direkt vor dem Galaxiencluster und wirkt so wie eine Gravitationslinse: Ihre Schwerkraft vergrößert den fernen Cluster und ermöglicht es so, seine inneren Strukturen zu kartieren und auch indirekt auf die Verteilung der Dunklen Materie im Galaxienhaufen zu schließen. Genau dies haben Massey und seine Kollegen nun mit Hilfe des Hubble-Weltraumteleskops der NASA und spektroskopischer Messungen mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile getan – mit einem überraschenden Ergebnis.
Wie die Auswertung mit zwei verschiedenen Computerprogrammen ergab, liegt ein Klumpen Dunkler Materie im Galaxienhaufen nicht dort, wo man ihn erwartet hat. Stattdessen hängt er seiner Galaxie um rund 5.000 Lichtjahre hinterher, wie eine Diskrepanz zwischen Gesamtmasse und beobachtbarer "leuchtender" Masse verrät. Genau dies jedoch gilt als ein mögliches Anzeichen dafür, dass sich die Dunkle Materie der Galaxien bei einer solchen Kollision doch nicht reibungslos durchdringt. "Wenn die Dunkle Materie eine Wechselwirkung mit sich selbst hat, die nicht gleich Null ist – selbst wenn sie nur sehr klein ist - , dann würde die in den Cluster hineinfallende Dunkle Materie hinter den alten Sternen hinterherhängen", erklären Massey und seine Kollegen.
Wechselwirkung mit sich selbst?
Nach Ansicht der Forscher könnte ihre Beobachtung daher ein erstes Indiz dafür sein, dass die Dunkle Materie doch noch mit etwas anderem interagiert als nur der Schwerkraft. Sie interpretieren die Verzögerung als Folge einer schwachen Wechselwirkung der Teilchen der Dunklen Materie untereinander. "Dies könnte der erste dynamische Beweis dafür sein, dass die Dunkle Materie die Welt um sie herum wahrnimmt", erklärt Massey. "Dunkle Materie ist damit vielleicht doch nicht so 'dunkel'." Noch allerdings sind weitere Untersuchungen nötig, um andere Effekte auszuschließen, die ähnliche Diskrepanzen zwischen Dunkler Materie und sichtbarer Masse verursachen könnten.
Auch warum dieser Effekt bei der Kollision ganzer Galaxiencluster nicht auftrat oder zumindest nicht gemessen werden konnte, ist noch unklar. Die Forscher vermuten aber, dass der Faktor Zeit dafür eine Rolle spielen könnte: Die Kollision im Cluster Abell 3827 hält schon sehr lange an, möglicherweise konnte sich dadurch der winzige Effekt lange genug addieren, um messbar zu werden. Bei den Cluster-Kollisionen reichte die Zeit möglicherweise noch nicht aus, um die Dunkle Materie weit genug zurückhängen zu lassen. Kombiniert man beide Beobachtungen, könnte dies aber helfen, das Ausmaß des Effekts näher einzugrenzen. "Wir kreisen die Dunkle Materie nun von unten und von oben ein", sagt Massey.
Tartalomjegyzékhez < Világképem < Anyag-időszak <<< Ismeretlen erők <<< Ausgebremst...
--------------
Origo2015. 04. 15. 17:08 49
--------------
Quelle: Richard Massey (Durham University, UK) et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, doi: 10.1093/mnras/stv467