We Wszechświecie jest więcej ciemnej materii niż zwykłej materii i zwykle wszystkie są pomieszane w galaktykach. W zderzeniu gigantycznych gromad galaktyk obłoki gorącego gazu w gromadach napotykają tarcie, gdy przechodzą przez siebie, oddzielając je od gwiazd. Tarcie nie wpływa również na ciemną materię, więc astronomowie byli w stanie obliczyć wpływ jej grawitacji na zwykłą materię.
Ciemna materia i normalna materia zostały rozerwane przez ogromne zderzenie dwóch dużych gromad galaktyk. Odkrycie, wykorzystujące Obserwatorium Rentgenowskie Chandra i inne teleskopy NASA, daje bezpośredni dowód na istnienie ciemnej materii.
„To najbardziej energetyczne kosmiczne wydarzenie, oprócz Wielkiego Wybuchu, o którym wiemy”, powiedział członek zespołu Maxim Markevitch z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge, Massachusetts.
Obserwacje te stanowią najsilniejszy jak dotąd dowód, że większość materii we wszechświecie jest ciemna. Pomimo znacznych dowodów na istnienie ciemnej materii, niektórzy naukowcy zaproponowali alternatywne teorie dotyczące grawitacji, w której jest ona silniejsza w skalach międzygalaktycznych niż przewidywane przez Newtona i Einsteina, eliminując potrzebę ciemnej materii. Jednak takie teorie nie mogą wyjaśnić obserwowanych skutków tego zderzenia.
„Wszechświat zdominowany przez ciemne rzeczy wydaje się niedorzeczny, dlatego chcieliśmy sprawdzić, czy w naszym myśleniu są jakieś podstawowe wady” - powiedział Doug Clowe z University of Arizona w Tucson i kierownik badania. „Te wyniki są bezpośrednim dowodem na istnienie ciemnej materii”.
W gromadach galaktyk normalna materia, podobnie jak atomy tworzące gwiazdy, planety i wszystko na Ziemi, ma przede wszystkim postać gorącego gazu i gwiazd. Masa gorącego gazu między galaktykami jest znacznie większa niż masa gwiazd we wszystkich galaktykach. Ta normalna materia jest związana w gromadzie przez grawitację jeszcze większej masy ciemnej materii. Bez ciemnej materii, która jest niewidoczna i można ją wykryć tylko dzięki grawitacji, szybko poruszające się galaktyki i gorący gaz szybko rozpadłyby się.
Zespołowi przyznano ponad 100 godzin na teleskopie Chandra, aby obserwować gromadę galaktyk 1E0657-56. Gromada jest również znana jako gromada pociskowa, ponieważ zawiera spektakularną chmurę w kształcie pocisku o gazie stu milionów stopni. Zdjęcie rentgenowskie pokazuje, że kształt pocisku jest spowodowany wiatrem wytwarzanym przez szybkie zderzenie mniejszej gromady z większą.
Oprócz obserwacji Chandry, do określenia położenia masy w gromadach wykorzystano Teleskop Kosmiczny Hubble'a, Bardzo Duży Teleskop Europejskiego Obserwatorium Południowego oraz Teleskopy optyczne Magellan. Dokonano tego poprzez pomiar efektu soczewkowania grawitacyjnego, w którym grawitacja z gromad zniekształca światło z galaktyk tła, jak przewidziano w ogólnej teorii względności Einsteina.
Gorący gaz w tej kolizji został spowolniony przez siłę oporu, podobną do oporu powietrza. W przeciwieństwie do tego ciemna materia nie została spowolniona przez uderzenie, ponieważ nie oddziałuje bezpośrednio z samym sobą ani z gazem, z wyjątkiem grawitacji. Spowodowało to oddzielenie ciemnej i normalnej materii widocznej w danych. Gdyby gorący gaz był najbardziej masywnym składnikiem w gromadach, jak proponują alternatywne teorie grawitacji, takiego rozdzielenia nie byłoby widać. Zamiast tego wymagana jest ciemna materia.
„Taki wynik będą musiały wziąć pod uwagę przyszłe teorie” - powiedział Sean Carroll, kosmolog z University of Chicago, który nie był zaangażowany w badanie. ”Gdy posuwamy się naprzód, aby zrozumieć prawdziwą naturę ciemnej materii, tego nowego wyniku nie będzie można zignorować.”
Wynik ten daje również naukowcom większą pewność, że grawitacja newtonowska znana na Ziemi iw Układzie Słonecznym działa również na ogromne skale gromad galaktyk.
„Zamknęliśmy tę lukę dotyczącą grawitacji i podeszliśmy bliżej niż kiedykolwiek, aby zobaczyć tę niewidzialną materię” - powiedział Clowe.
Wyniki te zostaną opublikowane w nadchodzącym numerze The Astrophysical Journal Letters. Marshall Space Flight Center NASA, Huntsville, Ala., Zarządza programem Chandra dla Dyrekcji Misji Naukowej agencji. Smithsonian Astrophysical Observatory kontroluje naukę i operacje lotnicze z Chandra X-ray Centre, Cambridge, Massachusetts.
Oryginalne źródło: Chandra News Release
