Ņūtons un tumšā matērija
Publicēts: 24.02.2010
Veicot tālu un blāvu galaktiku novērojumus ar Eiropas kosmosa aģentūras rentgenstaru observatoriju XMM-Newton, astronomiem ir iespējams izzināt tumšās matērijas evolūciju.
Tumšā matērija ir noslēpumaina, neredzama Visuma sastāvdaļa, kuras vienīgā zināmā izpausmes forma ir gravitācija. Tumšās matērijas izpēte ir viens no kosmoloģijas pamatjautājumiem. Viens no veidiem kā to paveikt ir galaktiku kopu masas un spožuma saistība, analizējot rentgenstarojumu, kas ir atkarīgs no parastās matērijas, un kopējo masu, kas nosakāma gravitācijas lēcošanas analīzes rezultātā.
Līdz šim šo attiecību vieglāk bija noteikt tuvumā esošajām kopām. Jaunais pētījums, kuru veica Maksa Planka ārpuszemes fizikas institūta, Marseļas astrofizikas laboratorijas un Laurensa Brekleja nacionālās laboratorijas zinātnieki, ir šo robežu paplašinājis, nosakot parastās matērijas un kopējās masas attiecību vēl tālākām un mazākām struktūrām.
Lai saistītu rentgenstarojumu ar tumšo matēriju, zinātnieku komanda izmantoja vienu no lielākajiem rentgenstaru informācijas resursiem - Eiropas kosmosa aģentūras rentgenstaru observatorijas XMM-Newton informācijas bāzi.
Galaktiku grupas un kopas ir viegli atrodamas rentgenstaru spektrā. Tā kā Ņūtona observatorijai ir ļoti liels efektīvais apgabals, tas ir vienīgais rentgenstaru teleskops, kas var atrast pat ļoti tālas un blāvas struktūras.
"XMM-Newton spēja ieraudzīt lielu skaitu galaktiku grupu ir pārsteidzoša," teica Aleksis Finogenovs no MPE un Merilendas universitātes.
Tā kā rentgenstarojums ir labākais veids, kā atrast un raksturot kopas, lielākā daļa pētījumu līdz šim tika veikti ar relatīvi tuvumā esošajām kopām un grupām.
"Izmantojot XMM-Newton katalogus, mēs varējām paplašināt masas mērījumus līdz daudz mazākām struktūrām, kas eksistējušas daudz agrākos Visuma attīstības posmos," teica Berkleja laboratorijas fiziķis Aleksejs Letauds.
Gravitācijas lēcošana novērojama, kad lielas masas objekts izliec ap to esošo telpu, izliecot arī gaismas noieto ceļu. Jo lielāka masa un jo tuvāk masas centram, jo lielāks izliekums novērojams un jo vairāk izkropļojas aiz masas esošais objekta attēls. Izmērot objekta izmaiņu apjomu, iespējams aprēķināt masu.
Vājās gravitācijas lēcošanas gadījumā, nobīdes ir pārāk niecīgas, lai tās pamanītu tiešā veidā, tādēļ tās tiek aprēķinātas ar statistikas metodēm. Lai aprēķinātu masu objektam, kas liec telpu, ir nepieciešams zināt tā centru.
"Problēma ar spēcīgas sarkanās nobīdes kopām ir tāda, ka ir grūti noteikt, kura no galaktikām atrodas kopas centrā," teica Letauds. "Šajā gadījumā palīdz rentgenstari, kuru intensitāti var izmantot, lai ļoti precīzi noteiktu kopas centru."
Zinot masas centru, var izmantot vājās lēcošanas tehniku, lai noteiktu tālu grupu un kopu kopējo masu ar vēl lielāku precizitāti.
Pēdējais solis bija noteikt rentgenstarojuma spožumu jeb intensitāti katrai no galaktiku kopām un salīdzināt to ar masu, kas noteikta pēc vājās lēcošanas metodes.
"Izveidojot masas un spožuma attiecības tālām galaktiku kopām, kurām raksturīga izteikta sarkanā nobīde, mēs esam spēruši nelielu soli, lai izmantotu vājās lēcošanas metodi kā varenu instrumentu struktūras evolūcijas izpētē," teica Žans Pols Kneibs no Marseļas astrofizikas laboratorijas.
Galaktiku izcelsme aizsākusies ar nelielām blīvuma izmaiņām karstajā, agrīnajā Visumā. Šīs izmaiņas joprojām ir atsekojamas kā temperatūras atšķirības kosmisko mikroviļņu fonā.
"Dažādība, ko mēs vērojam senajās mikroviļņu debesīs, ataino tumšās matērijas struktūras veidošanās pirmsākumus, kuri attīstījušies līdz mūsdienās novērojamām galaktiku struktūrām," teica fizikas profesors Džordžs Smūts no Berkleja kosmoloģiskās fizikas centra. "Tas ir aizraujoši, ka mēs varam ar gravitācijas lēcošanas metodi izmērīt, kā tumšā matērija ir kolapsējusi un attīstījusies laika gaitā."
Viens no struktūras evolūcijas izpētes mērķiem ir izprast pašu tumšo matēriju un kā tā mijiedarbojas ar parasto matēriju, kuru mēs redzam. Iespējams, ka izdosies uzzināt kaut ko jaunu par noslēpumaino fenomenu - tumšo enerģiju, kas izraisa Visuma paātrinātu izplešanos. Neatbildēti ir daudzi jautājumi - vai tumšā enerģija ir konstanta, vai mainīga. Vai varbūt tā ir tikai ilūzija, kuru radījuši Einšteina vispārējās relativitātes teorijas ierobežojumi.
Masas un spožuma attiecības noteikšanas robežu paplašināšana ļaus labāk izprast šos noslēpumainos fenomenus, gravitācijas un tumšās enerģijas darbību Visuma veidošanā un nākotnē.
ESA
