Темная материя составляет 80% Вселенной, но где она вся?
Мы знаем, что темная материя существует, но новые исследования направлены на то, чтобы определить ее точное местоположение.
Мэтью Фрэнсис — 28 июля 2014 г., 1:00 UTC
комментарии читателей
Поделитесь этой историей
- Поделиться через фейсбук
- Поделиться в Твиттере
- Поделиться на Reddit
Он сейчас в комнате с тобой. Оно более тонкое, чем состояние наблюдения, более прозрачное, чем воздух, более проникающее, чем свет. Мы можем не знать о темной материи вокруг нас (по крайней мере, без приема сильных галлюциногенов), но тем не менее она существует.
Дальнейшее чтение
Хотя мы не можем видеть темную материю, мы немного знаем о том, сколько ее и где она находится.Измерение космического микроволнового фона показывает, что 80 процентов общей массы Вселенной состоит из темной материи, но это не может сказать нам, где именно эта материя распределена. Исходя из теоретических соображений, мы ожидаем, что в некоторых регионах — космических пустотах — будет мало вещества или вообще его не будет, в то время как центральные области галактик имеют высокую плотность. Однако, как и во многих других вещах, связанных с темной материей, трудно определить детали.
В отличие от обычной материи, мы не можем увидеть, где находится темная материя, используя свет, который она излучает или поглощает. Астрономы могут составить карту распределения темной материи только с помощью ее гравитационных эффектов. Это особенно сложно в более плотных частях галактик, где хаотическая смесь газа, звезд и других форм обычной материи может маскировать или имитировать присутствие темной материи. Даже в галактических пригородах или межгалактическом пространстве прозрачность темной материи для всех форм света затрудняет ее точное определение.
Несмотря на эту трудность, астрономы добились значительного прогресса. В то время как отдельные галактики запутаны, анализ обзоров огромного их количества может предоставить гравитационную карту космоса. Астрономы также надеются преодолеть беспорядочность галактик и оценить, сколько темной материи должно быть в центральных областях, используя тщательное наблюдение за движением звезд и газа.
Также был дразнящий намек на сами частицы темной материи в виде сигнала, который может исходить от их аннигиляции вблизи центра Млечного Пути. Если это подтвердится другими наблюдениями, это может ограничить свойства темной материи, избегая запутанных гравитационных соображений. Суммируя все это, можно сказать, что настало многообещающее время для картирования местоположения темной материи, даже несмотря на то, что исследователи все еще строят детекторы частиц для идентификации. какие Это.
(Очень) краткая история темной материи
В 1930-х годах Фриц Цвикки измерил движение галактик в скоплении галактик Кома.Основываясь на простых гравитационных расчетах, он обнаружил, что они не должны двигаться так, как двигались, если только скопление не содержит намного больше массы, чем он мог видеть. Как оказалось, расчеты Цвикки о том, сколько там материи, были завышены во много раз. Тем не менее, он был прав в более широкой картине: более 80 процентов массы скопления галактик не находятся в форме атомов.
Работа Цвикки в то время не привлекла большого внимания, но более поздние наблюдения Веры Рубин за спиральными галактиками были совсем другим делом. Она обнаружила, что объединенные звезды и газ имеют слишком маленькую массу, чтобы объяснить скорость вращения, которую она измерила. Между работой Рубина и последующими измерениями астрономы установили, что каждая спиральная галактика окружена примерно сферическим ореолом (как его называют) материи — материи, прозрачной для всех форм света.
Пулевой кластер
Это приводит нас к «кластеру пули», одной из самых важных систем в астрономии. Впервые описанный в 2006 году, на самом деле это пара скоплений галактик, наблюдаемых в процессе столкновения. Исследователи нанесли его на карту в видимом и рентгеновском свете и обнаружили, что он состоит из двух скоплений галактик. Но именно то, что они не смогли отобразить напрямую, гарантировало, что скопление пули по праву будет названо одним из лучших доказательств существования темной материи (в названии статьи, объявляющей об открытии, это даже называется «прямое эмпирическое доказательство»).
Скопления галактик — самые большие отдельные объекты во Вселенной. Они могут содержать тысячи галактик, связанных друг с другом взаимной гравитацией. Однако вещество внутри этих галактик — звезды, газ, пыль — перевешивается чрезвычайно горячей газообразной плазмой между ними, которая ярко светится в рентгеновских лучах. В скоплении пули столкновение между двумя скоплениями создало ударную волну в плазме (форма этой ударной волны дала название структуре).
Однако более драматично то, что астрономы, описавшие скопление, использовали гравитационное линзирование — искажение света от более далеких галактик из-за массы внутри скопления — для картирования распределения большей части материала в скоплении Пули. Этот метод известен как «слабое гравитационное линзирование». В отличие от более привлекательного сильного линзирования, слабое линзирование не создает множественных изображений более далеких галактик. Вместо этого он слегка искажает свет от фоновых объектов небольшим, но измеримым образом, в зависимости от количества и концентрации массы в «линзе» — в данном случае, в скоплении.
Астрономы обнаружили, что ударная плазма, представляющая большую часть массы скопления Пули, почти полностью находилась в области между двумя скоплениями, отделенными от галактик. Однако масса в основном была сосредоточена вокруг самих галактик. Это позволило провести четкое независимое измерение количества темной материи отдельно от массы газа.
Результаты также подтвердили некоторые предсказания о поведении темной материи. Благодаря удару столкновения плазма осталась в области между двумя скоплениями. Поскольку темная материя мало взаимодействует ни с самой собой, ни с нормальной материей, она прошла через столкновение без каких-либо заметных изменений.
Это феноменальное открытие, но это всего лишь одно скопление галактик, и этого недостаточно. Наука по своей природе жадна до доказательств (как и должно быть). Один пример чего бы то ни было говорит нам очень мало во Вселенной, полной возможностей. Мы хотим знать, всегда ли темная материя скапливается вокруг галактик или она может быть рассеяна более широко. Мы хотим знать, где все темная материя есть во всех галактических скоплениях и за их пределами, во всем космосе.
