• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Odwzorowywanie ciemnej materii w odległej gromadzie galaktyk

    19.03.2012. 18:17
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Dwa zespoły astrofizyków z Danii, Francji, Izraela i USA wykorzystały dane z kilku wiodących teleskopów do odwzorowania rozmieszczenia ciemnej materii w gromadzie galaktyk o nazwie Abell 383, która znajduje się w odległości około 2,3 mld lat świetlnych od Ziemi. Obok ustalenia, gdzie znajduje się ciemna materia w dwóch wymiarach na niebie, zespołom udało się również określić rozmieszczenie ciemnej materii wzdłuż linii widzenia.

    Astrofizycy od dawna starają się poznać istotę ciemnej materii. Chociaż można ją wykryć na podstawie wywoływanych skutków grawitacyjnych, ciemna materia jest niewidzialnym materiałem, który ani nie emituje, ani nie pochłania żadnego rodzaju światła. We wszechświecie znajduje się mniej więcej sześć razy więcej ciemnej niż "normalnej" materii. Gromady galaktyk to największe, powiązane grawitacyjnie struktury we wszechświecie, które odgrywają istotną rolę w badaniach nad ciemną materią. Niemniej, aby móc analizować gromady galaktyk, astrofizycy muszą być w stanie dokładnie określić ich trójwymiarowe (3D) struktury i masy skupisk. To w środku gromad galaktyk ciemna materia występuje w swoim najwyższym stężeniu.

    W ramach dwóch badań, których wyniki zostały opublikowane w czasopismach Astrophysical Journal i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, zespoły przedstawiają najprecyzyjniejsze zdjęcia 3D ciemnej materii w gromadzie galaktyk, jakie do tej pory wykonano. Dokonane przez nich odkrycia wskazują, że ciemna materia wygląda raczej jak gigantyczna piłka do rugby niż sferyczna piłka koszykowa, a czubek tej piłki jest wyosiowany z linią widzenia. Naukowcy zauważyli również, że w gromadzie zdecydowanie dominującym typem normalnej materii jest gorący gaz.

    Technika badawcza zespołów objęła połączenie obserwacji rentgenowskich "normalnej materii" w gromadzie z informacjami o soczewkowaniu grawitacyjnym, ustalonymi na podstawie danych optycznych. Soczewkowanie grawitacyjne powoduje, że materia w gromadzie galaktyk, zarówno normalna, jak i ciemna, zagina i zniekształca światło optyczne z galaktyk tła. Zniekształcenie jest spore w niektórych częściach zdjęcia, powodując łukowaty wygląd niektórych galaktyk. W innych częściach zdjęcia zniekształcenie jest nieznaczne. Do badania zniekształceń i sondowania ciemnej materii wykorzystuje się analizę statystyczną.

    Europejski zespół stwierdził, że większe stężenie ciemnej materii w okolicach środka gromady jest zgodne z większością symulacji teoretycznych.

    Aczkolwiek zespół amerykański znalazł dowód na to, że ilość ciemnej materii nie wzrasta radykalnie w okolicach środka, jak przewiduje standardowy model zimnej, ciemnej materii. W artykule opisano to jako "najtwardsze jak do tej pory dowody" na rozbieżność z teorią.

    Przeciwne wnioski, do jakich doszły dwa zespoły, wynikają najprawdopodobniej z różnic w wykorzystanych zbiorach danych i szczegółowym modelowaniu matematycznym. Jedną z istotnych rozbieżności jest fakt, że dzięki wykorzystaniu przez zespół europejski informacji o prędkości w galaktyce środkowej, naukowcy byli w stanie oszacować gęstość ciemnej materii w odległościach zbliżających się do zaledwie 6.500 lat świetlnych od środka gromady. Zespół amerykański nie wykorzystał danych o prędkości i jego szacunki nie mogły zbliżyć się tak bardzo do środka gromady, mieszcząc się w obrębie 80.000 lat świetlnych.

    Dane wykorzystane w obydwu badaniach zostały zgromadzone przez obserwatorium rentgenowskie Chandra NASA, kosmiczny teleskop Hubble'a (HST), Bardzo Duży Teleskop, przegląd SDSS (Sloan Digital Sky Survey) i japoński teleskop Subaru.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Zimna ciemna materia - jeden z rodzajów ciemnej materii. Postulat jej istnienia wynika z udoskonalenia teorii wielkiego wybuchu zawierającej dodatkowe założenia, że większość materii we wszechświecie składa się z materiału, który nie może być obserwowany, bo nie wytwarza promieniowania elektromagnetycznego (skutkiem czego jest ciemna), a cząstki tworzące tę materię poruszają się wolno (stąd jest zimna). Większość kosmologów traktowała zimną materię jako opis, jak wszechświat przeszedł z gładkiego początkowego stanu we wczesnym czasie (jak pokazują badania kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła) do rozkładu galaktyk i ich gromad, jaki widzimy dziś - wielkoskalowej struktury wszechświata. Gromada galaktyk – skupisko od kilkudziesięciu do kilku tysięcy galaktyk tworzących układ związany grawitacyjnie. Mniejsze ugrupowania nazywane są grupami. Galaktyki w gromadzie galaktyk poruszają się po skomplikowanych torach wokół środka masy gromady, zazwyczaj znajdującego się w pobliżu największych galaktyk w gromadzie. Prędkości galaktyk w małych grupach galaktyk są rzędu 200 km/s, ale rosną do prędkości rzędu 800 km/s w dużych gromadach galaktyk. Gorąca ciemna materia – jeden z rodzajów ciemnej materii. Składa się z cząstek poruszających się z prędkościami relatywistycznymi. Najlepszym kandydatem na gorącą ciemną materię są neutrina. Mają bardzo małą masę, nie uczestniczą ani w elektromagnetycznych, ani w silnych jądrowych oddziaływaniach, są zatem bardzo trudno wykrywalne.

    Wielka Pustka – gigantyczny obszar pustej przestrzeni kosmicznej o średnicy około 1 miliarda lat świetlnych, na niebie znajdujący się w okolicy konstelacji Oriona i Rzeki Erydan. Jest to struktura będąca pustką, czyli obszarem pustej przestrzeni kosmicznej, praktycznie pozbawionym materii świecącej (galaktyk i ich gromad), a także ciemnej. Odkryta została w 2007 roku przez zespół amerykańskich astronomów z Uniwersytetu w Minneapolis. Zaburzenia gęstości (kosmologia): Zimna ciemna materia różni się od innych rodzajów ciemnej materii tym, że zaburzenia gęstości występują w niej we wszystkich skalach, podczas gdy na przykład neutrina nie wykazują żadnych zaburzeń w malej skali. Wszechświat wypełniony neutrinami byłby jak góra o zupełnie płaskim wierzchołku.

    Fizyka poza modelem standardowym - aspekty fizyki teoretycznej, próbujące wyjaśnić niedoskonałości modelu standardowego, takie jak: pochodzenie masy, naruszenie parzystości ładunku, oscylacje neutrin, asymetrię materii i antymaterii oraz naturę ciemnej materii i ciemnej energii. Dodatkową trudność sprawia aparat matematyczny samego modelu standardowego, który jest niespójny z ogólną teorią względności w punktach, w których jedna lub obie teorie załamują się przy określonych warunkach (np. w osobliwościach czasoprzestrzeni takich jak Wielki Wybuch czy horyzont zdarzeń czarnej dziury). Era materii – pojęcie stosowane w kosmologii dla określenie fazy rozwoju Wszechświata. Na podstawie kosmologicznego modelu rozszerzającego się Wszechświata przyjmuje się, że era materii rozpoczęła się około 100 000 lat po Wielkim Wybuchu, po tym jak pod koniec ery promieniowania materia stała się przezroczysta dla promieniowania (powstało reliktowe promieniowanie tła) oraz nastąpiła rekombinacja, czyli wychwyt elektronów przez protony i jądra lekkich pierwiastków, przede wszystkim helu. Głównymi składnikami materii stały się atomy wodoru i helu, stanowiące około 35% pierwotnej materii. Materia rozłożyła się mniej więcej równomiernie. Jednak przypadkowe fluktuacje gęstości stały się źródłami silniejszego przyciągania grawitacyjnego (mechanizm grawitacyjnej niestabilności), co zapoczątkowało proces powstawania galaktyk i gromad galaktyk. Pierwsza część tego etapu określana jest często mianem wieków ciemnych. Później, gdy główną formą występowania materii stają się galaktyki, mówi się o rozpoczęciu ery galaktycznej.

    Zmodyfikowana dynamika newtonowska (ang. MOdified Newtonian Dynamics, w skrócie - MOND) - teoria fizyczna, w której zasady dynamiki Newtona zmodyfikowane zostały o nieliniową zależność siły od przyspieszenia. Została ona zaproponowana w celu wyjaśnienia niezgodności rotacji galaktyk spiralnych z oczekiwaniami na gruncie mechaniki newtonowskiej i tłumaczonej powszechnie jako istnienie ciemnej materii w tych galaktykach. Zapadanie grawitacyjne (kolaps) – zjawisko kurczenia się skupisk materii pod wpływem siły grawitacji. Jeden z najbardziej powszechnych procesów zachodzących we Wszechświecie w najróżniejszych skalach przestrzennych i czasowych, począwszy od formowania się gromad galaktyk, galaktyk, a skończywszy na narodzinach, ewolucji i śmierci gwiazd. Zapadanie obłoków gazu zachodzi, gdy nie jest możliwe zachowanie równowagi hydrostatycznej, tzn. kiedy ciśnienie całkowite gazu nie jest w stanie zrównoważyć oddziaływań grawitacyjnych. Stan taki osiągany jest przez dowolne skupisko materii, które przekroczy masę krytyczną, zwaną masą Jeansa.

    Galaktyka (z gr. γαλα – mleko) – duży, grawitacyjnie związany układ gwiazd, pyłu i gazu międzygwiazdowego oraz niewidocznej ciemnej materii. Typowa galaktyka zawiera od 10do 10 gwiazd orbitujących wokół wspólnego środka masy.

    Galaktyka (z gr. γαλα – mleko) – duży, grawitacyjnie związany układ gwiazd, pyłu i gazu międzygwiazdowego oraz niewidocznej ciemnej materii. Typowa galaktyka zawiera od 10do 10 gwiazd orbitujących wokół wspólnego środka masy.

    Model Lambda-CDM (Λ-CDM, ang. Lambda-cold dark matter) – jeden z najpowszechniej uznawanych modeli kosmologicznych. Jego nazwa pochodzi od dwóch głównych składników Wszechświata: stałej kosmologicznej (oznaczanej przez Λ) i zimnej ciemnej materii. Model ten wyjaśnia mikrofalowe promieniowanie tła (CMB), obserwowaną strukturę wielkoskalową oraz przyspieszanie ekspansji Wszechświata. Supergromada – zgrupowanie setek lub tysięcy grup i gromad galaktyk. Supergromady są jednymi z największych znanych struktur we Wszechświecie. Istnienie supergromad wskazuje na to, że galaktyki są rozłożone we Wszechświecie nierównomiernie, nawet w dużych skalach. Większość z nich łączy się w grupy i gromady, przy czym grupy zawierają do 50 galaktyk, a gromady do kilku tysięcy. Te grupy i gromady, a także dodatkowe odizolowane galaktyki, tworzą razem większe struktury zwane właśnie supergromadami.

    Dodano: 19.03.2012. 18:17  


    Najnowsze