Једноставно речено, за Мрачну материју се не верује само да чини већину масе Универзума, већ делује и као скела на којој су изграђене галаксије. Али да би пронашли доказе ове мистериозне, невидљиве масе, научници су приморани да се ослањају на индиректне методе сличне онима које се користе за проучавање црних рупа. У суштини, они мере како присуство Мрачне материје утиче на звезде и галаксије у њеној близини.
До данас су астрономи успели да пронађу доказе о накупљању тамне материје око средњих и великих галаксија. Коришћење података из Хуббле свемирски телескоп и нова техника посматрања, тим астронома из УЦЛА-е и НАСА-е ЈПЛ открио је да тамна материја може формирати много мање грудвице него што се претходно мислило. Ови налази су представљени ове недеље на 235. састанку Америчког астрономског друштва (ААС).
Најприхваћенија теорија о Мрачном материју каже да се она не састоји од истих ствари као и барионска (ака. Нормална или „светлуцава материја“) - тј. Протони, неутрони и електрони. Уместо тога, Мрачна материја је теоретски да је састављена од неке непознате субатомске честице која интеракцијом с нормалном материјом делује само путем гравитације, најслабијих основних сила - остале су електромагнетске, јаке и слабе нуклеарне силе.
Друга широко прихваћена теорија каже да се Тамна материја полако креће у поређењу с другим врстама честица и да су стога склоне грудању. У складу са овом идејом, Универзум треба да садржи широк спектар концентрација тамне материје, у распону од малих до великих. Међутим, до сада нису примећене мале концентрације.
Користећи податке добијене Хуббле-овом широком пољском камером 3 (ВФЦ3), истраживачки тим покушао је да пронађе доказе о тим малим грудама мерењем светлости из светлих језгара осам удаљених галаксија (ака. Квазара) како би видели како на њу утичу док путује. кроз свемир. Ова техника, коју астрономи обично користе за проучавање удаљених галаксија, звезданих кластера, па чак и егзопланета, позната је и као гравитациона сочива.
Првобитно предвиђена Еинстеиновом теоријом опште релативности, ова техника се ослања на гравитациону силу великих космичких објеката како би прескочили и повећали светлост из удаљенијих објеката. Даниел Гилман из УЦЛА-а, који је био члан посматрачког тима, објаснио је поступак овако:
„Замислите да свака од ових осам галаксија представља џиновско повећало. Мали накупини тамне материје делују као мале пукотине на лупу, мењајући осветљеност и положај четири слике квазара у поређењу са оним за што бисте очекивали да би стакло постало глатко. "
Као што се надао Хуббле слике су показале да је светлост која долази из ових осам квазара подлегла ефекту сочива који је у складу са присуством малих грудица дуж видне линије телескопа и унутар и око галаксија које леже у предњем плану. Осам квазара и галаксија било је тако поравнато да је ефект изобличавања произвео четири искривљене слике сваког квазара.
Користећи сложене рачунарске програме и технике интензивне обнове, тим је потом упоредио ниво изобличења са предвиђањима како ће се појавити квазари без утицаја Мрачне материје. Ова мерења су такође коришћена за израчунавање маса концентрација тамне материје, што је указивало да су оне биле од 1/10 000. до 1/100 000. пута веће од масе ореола Млечног Пута "Дарк Маттер".
Осим што су први пут примећене мале концентрације, резултати тима потврђују и једно од основних предвиђања теорије „хладне тамне материје“. Ова теорија постулира да је, будући да је Тамна материја споро (или „хладна“), способна да формира структуре у распону од ситних концентрација до огромних, које су неколико пута веће од Млечног пута.
Ова теорија такође каже да су се све галаксије у Универзуму формирале у облацима Мрачне материје познате као "халои" и постале су уграђене у њих. Уместо доказа о мањим грудима, неки истраживачи су сугерисали да би тамна материја заправо могла бити „топла“ - тј. Брзо се креће - и самим тим пребрза да би се формирале мање концентрације.
Међутим, нова запажања нуде дефинитиван доказ да је теорија о хладној тамној материји и космолошки модел који подржава - модел Ламбда Цолд Дарк Маттер (? ЦДМ) - тачна. Како је објаснио члан тима, проф. Томмасо Треу са Калифорнијског универзитета у Лос Анђелесу (УЦЛА), ови најновији Хуббле запажања дају нове увиде у природу тамне материје и како се она понаша.
"Направили смо веома убедљив опсервациони тест за модел хладне тамне материје и он пролази са летећим бојама", рекао је. „Невероватно је да након скоро 30 година рада, Хуббле омогућава врхунске погледе на фундаменталну физику и природу свемира о којима нисмо ни сањали када је телескоп представљен.“
Анна Ниеренберг, истраживачица из НАСА лабораторије за млазни погон која је руководила Хуббле истраживање, даље објашњено:
Лов на концентрације тамне материје без звезда показао се изазовним. Истраживачки тим Хуббле-а, међутим, користио је технику у којој нису морали да траже гравитациони утицај звезда као трагаче тамне материје. Тим је циљао осам снажних и далеких свемирских „уличних светала“, названих квазарима (региони око активних црних рупа које емитују огромне количине светлости). Астрономи су измерили како светлост коју емитује кисеоник и неонски гас који орбитира око црних рупа сваког квазара гравитира гравитацијом огромне предње галаксије, која делује као повећало.
Број малих структура откривених у студији пружа више трагова о природи честица тамне материје јер би њихова својства утицала на то колико грудвица се формира. Међутим, врста честица које сачињавају Дарк Маттер за сада остаје мистерија. На сву срећу очекује се да ће употреба свемирских телескопа нове генерације у блиској будућности помоћи у том погледу.
Они укључују свемирски телескоп Јамес Вебб (ЈВСТ) и телескоп широкопојасног инфрацрвеног снимања (ВФИРСТ), који су инфрацрвени опсерваторији који би требало да порасту у овој деценији. Са својим софистицираном оптиком, спектрометрима, великим видним пољем и великом резолуцијом, ови телескопи ће моћи да посматрају читаве области простора захваћене масивним галаксијама, кластерима галаксија и њиховим припадајућим халоима.
Ово би требало помоћи астрономима да утврде праву природу Мрачне материје и како изгледају њене саставне честице. У исто време, астрономи планирају да користе исте инструменте како би научили више о Тамној енергији, још једној великој космолошкој мистерији која се за сада може посредно проучавати. Пред нама су узбудљива времена!
