Niesamowite odkrycie, to może być przełom! Ciemna materia jako fala w pierścieniu Einsteina
Podwójna ciemna dla wszystkich - taki toast mogliby wznieść naukowcy, który mają coraz więcej dowodów na istnienie ultralekkiej cząstki ciemnej materii zwanej aksjonem. Ultralekkie cząstki ciemnej materii, zwane aksjonami, które zachowują się jak fale, lepiej pasują do pomiarów soczewkowania grawitacyjnego niż bardziej tradycyjne wyjaśnienia ciemnej materii.
Szczegółowe badania soczewkowania grawitacyjnego odległego kwazara HS 0810+2554 zdecydowanie wskazują na fakt, że ciemna materia składa się z lżejszych cząstek, a nie cięższych. Jak dotąd nie ma innych wyjaśnień tego zjawiska - podkreślają naukowcy.
Model aksjonowy, czyli lżejszych cząstek, lepiej pasował do obserwacji niż model WIMP-owy, zakładający istnienie cięższych cząstek. Jest to niezwykle ciekawe z dwóch powodów. Po pierwsze, to masywne WIMP były od wielu lat głównymi kandydatami na ciemną materię. Po drugie, zobaczyliśmy, jak ciemna materia działa na soczewkowanie grawitacyjne. To naprawdę podwójny powód do świętowania!
Czysty test na ciemną materię
Ciemna materia to wciąż teoretyczna forma materii, która, stanowi około 85 proc. materii we wszechświecie, ale nie wiemy, z czego jest zrobiona. Nie możemy jej zobaczyć ani dotknąć, bo nie oddziałuje ze światłem ani ze zwykłą materią. Jedyny sposób, żeby ją wykryć, to poprzez jej grawitację. Naukowcy są dość pewni, że ciemna materia istnieje z powodu jej efektów grawitacyjnych, ale jak dotąd wszelkie próby bezpośredniego wykrycia jakiejkolwiek cząstki ciemnej materii zawiodły. Mimo to badacze się nie poddają.
Skoro grawitacja ciemnej materii wpływa na ruch galaktyk i gwiazd, to powinna wpływać także na drogę światła. Czasem światło od bardzo odległej galaktyki, po drodze do nas, przelatuje obok innej galaktyki. Wtedy grawitacja tej bliższej galaktyki działa jak soczewka i zakrzywia światło odległej galaktyki. To nazywa się właśnie soczewkowaniem grawitacyjnym.
Soczewkowanie grawitacyjne może tworzyć różne efekty wizualne. Jednym z nich jest pierścień Einsteina. Dzieje się tak, gdy kiedy światło odległej galaktyki tworzy okrągły obraz wokół bliższej galaktyki. Naukowcy przypuszczają, że galaktyki są otoczone halo ciemnej materii, więc właściwości tej ciemnej materii powinny wpływać na rozciągnięcie światła.
Ponieważ ciemna materia oddziałuje tylko poprzez grawitację (i być może oddziaływanie słabe w niektórych modelach), jest to jeden z czystszych testów, które można przeprowadzić w celu zbadania natury ciemnej materii
- mówi Amruth Alfred z Uniwersytetu w Hong Kongu.
Naukowcy szczegółowo zbadali pierścień Einsteina HS 0810+2554 i porównali go z modelami ciemnej materii WIMP-owej i aksjonowej. Ich zdaniem tylko obecność falowej ciemnej materii może tłumaczyć powstanie takiego efektu. To jej obecność wyjaśniała lepiej takie, a nie inne ugięcie światła oraz jego "postrzępienie" na krańcach soczewki grawitacyjnej. Oznacza to, że ciemna materia powinna być aksjonowa czyli lżejsza, niż WIMP-owa, cięższa. Wyniki ich badań opublikowano w Nature Astronomy.
Aksjony i WIMP - czym są kandydaci na ciemną materię?
Istnieje kilku wiodących kandydatów na ciemną materię. Dwóch głównych podejrzanych to WIMP i aksjony. WIMP to skrót od ang. weakly interacting massive particles, czyli słabo oddziałujące masywne cząstki. To mogą być nowe rodzaje cząstek, które są bardzo ciężkie, ale prawie nie reagują ze zwykłą materią ani ze światłem.
Aksjony to zupełnie inny pomysł. Mogą to być bardzo lekkie bozony, które zachowują się jak fale kwantowe. Aksjony mogą interferować ze sobą i tworzyć wzory falowe. Aksjony zostały wymyślone przez teoretyków fizyki, żeby rozwiązać pewien problem z symetriami w modelu standardowym.
Ciemna materia może być zrobiona z jakichś nowych rodzajów cząstek, których jeszcze nie odkryliśmy. Może to być coś zupełnie innego niż zwykła materia. Naukowcy próbują znaleźć sposób, żeby wykryć i zbadać ciemną materię bezpośrednio. To bardzo trudne zadanie, ale bardzo ważne dla zrozumienia kosmosu i jego tajemnic.
Modele matematyczne wykazują, że jeśli by nie było ciemnej materii, galaktyki zachowywałyby się inaczej. Niektóre galaktyki by się rozpadły lub rozpłynęły. Inne by się nie utworzyły w ogóle. Ciemna materia pomaga trzymać galaktyki razem i kształtuje strukturę wszechrzeczy.
