Pimeä aine ei ehkä olekaan niin pimeää

Pimeän aineen on ensimmäistä kertaa havaittu mahdollisesti vuorovaikuttavan muun pimeän aineen kanssa muutenkin kuin painovoiman välityksellä.

tiede
Hubble-avaruusteleskoopin kuva Abell 3827-galaksista.
Hubble-avaruusteleskoopin kuva Abell 3827-galaksista. Vaaleansiniset muodot keskellä törmäävien galaksien ympärillä ovat gravitaatiolinssi-ilmiöstä johtuvia kuvioita. Ne syntyvät, kun lähempänä oleva kappale taittaa painovoimallaan kauempana olevan kohteen valoa voimistaen sitä. Pimeän aineen levittäytymistä kuvataan sinisillä viivoilla.ESO / R. Massey

Törmäävistä galakseista avaruusteleskoopeilla tehdyt havainnot ovat taltioineet ensimmäiset merkit tämän maailmankaikkeuden lähes tuntemattoman pimeän aineen luonteesta.

Euroopan eteläisen observatorion (ESO) Chilessä sijaitsevan VLT-teleskoopin (siirryt toiseen palveluun)MUSE-havaintolaitetta (siirryt toiseen palveluun) sekä kiertoradalla olevan Hubble-avaruusteleskoopin (siirryt toiseen palveluun)kuvia käyttäen tähtitieteilijäryhmä on tutkinut neljän galaksin samanaikaista törmäystä galaksijoukossa Abell 3827. Tutkijaryhmä pystyi jäljittämään, missä järjestelmän massa sijaitsee ja vertaamaan pimeän aineen jakaumaa valoa säteilevien galaksien sijainteihin.

Pimeän aineen massa törmäävien galaksien ympärillä vääristi huomattavasti aika-avaruutta ja poikkeutti valonsäteiden kulkua.

Vaikka pimeää ainetta ei voi nähdä, tutkimusryhmä kykeni päättelemään sen sijainnin käyttämällä gravitaatiolinssi-ilmiöön (siirryt toiseen palveluun) perustuvaa tekniikkaa. Törmäys sattui tapahtumaan suoraan paljon etäisemmän, täysin erillisen kohteen edessä. Pimeän aineen massa törmäävien galaksien ympärillä vääristi huomattavasti aika-avaruutta, poikkeuttaen valonsäteiden kulkua etäisestä, taustan galaksista ja vääristäen sen kuvan tyypillisiksi kaarimuodoiksi.

Galaksit pimeiden möykkyjen sisällä

Nykyisen ymmärtämyksemme mukaan kaikki galaksit sijaitsevat pimeän aineen möykkyjen sisällä. Ilman pimeän aineen painovoiman rajoittavaa vaikutusta Linnunradan kaltaiset galaksit sinkoaisivat itsensä hajalle pyöriessään. Tämän estämiseksi 85 prosenttia maailmankaikkeuden massasta täytyy olla pimeää ainetta, ja silti sen todellinen luonne on yhä mysteeri.

Tässä tutkimuksessa tutkijat havaitsivat neljää törmäävää galaksia ja huomasivat, että yksi pimeän aineen möykky näytti laahaavan sisällään olevan galaksin perässä. Pimeä aine on tällä hetkellä 5 000 valovuotta (50 000 miljoonaa miljoonaa kilometriä) galaksin jäljessä. Nasan Voyager-avaruusluotaimelta kestäisi 90 miljoonaa vuotta matkustaa niin kauas.

Ajattelimme, että pimeä aine vain lojuu paikallaan, omissa ympyröissään. Mutta jos pimeä aine hidastuisi tämän törmäyksen aikana, se olisi ensimmäinen todiste pimeän vyöhykkeen runsaalle fysiikalle, meitä joka puolella ympäröivälle piilottelevalle maailmankaikkeudelle.

Richard Massey

Pimeän aineen ei ole milloinkaan ennen nähty vuorovaikuttavan millään muulla tavoin kuin painovoiman välityksellä.

– Ajattelimme, että pimeä aine vain lojuu paikallaan, omissa ympyröissään, lukuunottamatta sen painovoiman aiheuttamaa vetovoimaa. Mutta jos pimeä aine hidastuisi tämän törmäyksen aikana, se olisi ensimmäinen todiste pimeän vyöhykkeen runsaalle fysiikalle, meitä joka puolella ympäröivälle piilottelevalle maailmankaikkeudelle, sanoo tutkimuksen pääkirjoittaja, Durhamin yliopiston Richard Massey.

Tutkijat huomauttavat, että lisätutkimuksia tarvitaan muista ilmiöistä, jotka saattavat myös aiheuttaa viiveen. Vastaavia havaintoja useammista galakseista ja galaksien törmäyksiä tutkivia tietokonesimulaatioita tarvitaan lisää.

– Me tiedämme, että pimeää ainetta on olemassa, koska se vuorovaikuttaa painovoiman välityksellä, pitäen maailmankaikkeutta kasassa, mutta tiedämme yhä nolostuttavan vähän siitä, mitä pimeä aine oikeastaan on. Havaintomme antavat ymmärtää, että pimeä aine saattaa vuorovaikuttaa muiden voimien kuin painovoiman välityksellä, mikä tarkoittaa sitä, että saatamme voida jättää pois laskuista joitakin avainteorioita siitä, mitä pimeä aine saattaisi olla, sanoo tutkimusryhmän jäsen, Minnesotan yliopiston Liliya Williams.

Tutkimus esitettiin Oxfordin yliopiston julkaisusarjassa Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (siirryt toiseen palveluun).