Különös gravitációs lencsézés utal a rejtélyes sötét anyagra vonatkozó elméleteink hiányosságára

 

Fritz Zwicky 1933-ban, a Coma-galaxishalmazt tanulmányozva ismerte fel, hogy a rendszerben található összes csillag tömege mindössze néhány százaléka annak az anyagmennyiségnek, amire szükség volna ahhoz, hogy gravitációja révén a halmaz tagjait összetartsa. Zwicky úgy vélte, hogy valahol csak ott kell lennie a halmazt egyben tartó hiányzó anyagnak. Ezt a jelenleg is csak közvetetten ismert rejtett tömeget nevezzük sötét anyagnak. A sötét anyag legfontosabb jellemzője, amint neve is sugallja, hogy nem bocsát ki, nem nyel el és nem is ver vissza fényt, továbbá gravitációs hatását leszámítva nem lép kölcsönhatásba semmilyen ismert részecskével. Csak a látható anyagra gyakorolt gravitációs hatása révén következtethetünk a jelenlétére, eloszlására. Ez a rejtélyes összetevő alkotja világegyetemünk szálas szerkezetű vázát, egy kozmikus hálózatot, amelynek a mentén a galaxishalmazok létrejöttek. Ráadásul sötét anyagból sokkal több van a világban, mint a jól ismert fénylő anyagból. A bennünket, a bolygókat és a csillagokat is kitevő szokványos anyag mindössze a világegyetem tömegének néhány százalékáért felelős.

A csillagászok évtizedek óta nyomoznak a sötét anyag mibenléte és tulajdonságai után, ám a kérdéseikre még mindig kevés a válasz. Ötletes módszereket dolgoztak ki a sötét anyag jelenlétének igazolására, annak gravitációs hatásai révén. Az egyik ilyen módszer a galaxishalmazokat kitöltő sötét anyag fényelhajlító képességére, azaz gravitációslencse-hatására támaszkodik. Ennek a hatásnak a következtében a halmaz mögötti háttérgalaxisok képe eltorzul, megnyúlik, fényesebbé válik, gyakran meg is többszöröződik. A rengeteg galaxist tömörítő galaxishalmazok a világegyetem legnagyobb tömegű képződményei, egyúttal a legnagyobb sötétanyag-raktárak. A bennük megtalálható hatalmas mennyiségű sötét anyag nem csak a halmazt tartja össze, de felelős az egyes halmaztagok egyben tartásáért is.

Az ESO VLT és a Hubble-űrtávcső rendkívül részletes felvételei a MACS J1206 katalógusjelű galaxishalmazról és annak egyes tagjairól. A halmaz gravitációslencse-hatását a benne és körülötte megfigyelhető fényívek mutatják. Ám ezen túl a legnagyobb tömegű halmaztagok közvetlen közelében további képek figyelhetőek meg a háttérgalaxisokról. Forrás: Hubblesite.org.

Egy 11 nagy tömegű galaxishalmazra kiterjedő friss vizsgálat során a csillagászok megfigyelték, hogy a sötét anyag helyenként olyan erősen koncentrálódik, hogy gravitációslencse-hatása tízszer erősebb a vártnál. Ezek a csomósodások a halmaz egyes tagjaihoz köthetőek. A csillagászok az ESO chilei Nagyon Nagy Távcsövével (Very Large Telescope – VLT) és a Hubble-űrtávcsővel minden korábbinál részletesebb felvételeket készítettek a vizsgált halmazokról és a bennük megfigyelhető lencsézett háttérgalaxisokról. A lencsézett galaxisok képei matrjoska babához hasonló módon ágyazódnak egymásba, mert a teljes halmaz lencsehatása mellett a központi, legnagyobb tömegű galaxisok is eltérítik és összpontosítják a fényüket.

Az eredmény váratlan, mert ellentmond az asztrofizikusok sötét anyag viselkedésére, galaxishalmazokon belüli eloszlására vonatkozó modelljei előrejelzéseinek. A sötét és a fénylő anyag kölcsönhatását szimuláló számítógépes modellek megbízhatóságának ellenőrzésére ideális laboratóriumok a galaxishalmazok. A csillagászok alaposan megvizsgálták, hogy összeegyeztethetőek-e a megfigyeléseik a modellek által szolgáltatott sötétanyag-eloszlással, és végül arra jutottak, hogy nem. Az ellentmondás fennáll. Mindez arra utal, hogy hiányzik a modellekből a sötét anyagnak valamilyen kulcsfontosságú, ám ismeretlen fizikai tulajdonsága. A csillagászok hiányzó anyagra vonatkozó tudása ma még hiányos tehát.

Forrás: csillagászat.hu

Hubblesite.org