Iš ko sudaryta visata? Nesijaudinkite, jei neturite jokio supratimo, to neturi ir astronomai. Jamesas Jee iš Johns Hopkins universiteto panaudojo Hablo kosminį teleskopą, kad sudarytų išsamų tamsiųjų medžiagų koncentracijos aplink dvi galaktikas žemėlapį. O astronomai tiesiog gavo keletą naujų įkalčių.
Klausykite interviu: „Dark Matter Maps“ (5 MB)
Arba užsiprenumeruokite „Podcast“: Prenumeruokite
„Fraser Cain“: „tamsiosios materijos“ terminą girdėjome gana nedaug. Ar galite pateikti mums dabartinį supratimą apie tai, kas yra tamsiosios materijos?
Dr Jamesas Jee: Prieš pradėdamas kalbėti apie tamsiąją materiją, turiu paminėti, ką astronomai dabar mano, kaip Visata atsirado tokia, kokia ji yra šiandien. Mes manome, kad 30% Visatos yra materija, o kiti 70% yra tamsiosios energijos, o tamsiosios materijos sudaro daugiau nei 90% Visatos materijos. Niekas laboratorijose neaptiko tamsiosios medžiagos, todėl jie nežino jos formos, spalvos ar kvapo, tačiau yra įrodymų, kad ten yra. Jį galime aptikti vadinamuoju gravitaciniu lęšiu.
Fraseris: Taigi jūs neseniai atlikote tyrimą naudodamiesi Hablo kosminiu teleskopu tamsiosios medžiagos koncentracijai nustatyti. Koks buvo procesas tam?
Dr Jee: Tamsioji materija sudaro, kaip jau minėjau, 90% visatos materijos, o geriausia vieta ieškoti tamsiosios materijos yra ten, kur jos gausu. Taigi mes atkreipėme Hablo kosminį teleskopą į du įdomiausius galaktikų klasterius, besiformuojančius, kai Visata buvo pusė dabartinio amžiaus.
Fraseris: O ką jūs matėte?
Dr Jee: Mes ištyrėme foninių galaktikų spektrinį pasiskirstymą. Ištyrę tų fono galaktikų iškraipymus, mes sugebėjome nustatyti tamsiosios medžiagos tankį priekiniame plane.
Fraseris: Leiskite man pamatyti, ar aš teisingai tai suprantu. Jūs žiūrėjote į tolimas galaktikas ir pamatę, kaip šviesa keičiasi, kai ji artėja prie mūsų, jūs sugebėjote aptikti, kur yra paslėpti materijos gumulėliai, kurie ją veikė gravitaciniu būdu.
Daktaras Jee: Tiksliai. Gal tai yra gera analogija. Tarkime, kad jūs skaitote naujienų straipsnį naudodamiesi padidinamuoju stiklu, galite nustatyti lęšių galią ar storį, ištyrę, kiek raidės atrodo didesnės per padidinamąjį stiklą. Panašiai, jei pažvelgsite į fone esančių galaktikų iškraipymus ar didinimus, galėsite nustatyti neįmanomos tamsiosios medžiagos tankį priekiniame plane.
Fraseris: Taigi koks tada ryšys tarp tamsiosios materijos ir galaktikų, kurias galime pamatyti?
Dr Jee: Tai yra dominuojanti materija Visatoje ir ji turi sunkumą. Be tamsiosios materijos, labai sunku suformuoti galaktikas su tokio masto struktūromis, kokias matome šiandienos visatoje. Taigi neabejotinai tamsiosios medžiagos padeda formuotis galaktikoms stambiu mastu.
Fraseris: Ar įmanoma, kad ten, kur kada nors kaupiasi tamsiosios medžiagos, būtent ten mes galime pamatyti galaktikas?
Dr Jee: Taip, iš esmės tai yra tai, ką mes nustatėme savo tyrimuose. Žmonės spėliojo, kad tamsiąją medžiagą sudaro be susidūrimų esančios dalelės, o tamsioji ir normalioji materija turėtų egzistuoti kartu. Tačiau niekas nesugebėjo to aiškiai nustatyti, nes tamsiosios medžiagos neišskiria jokių elektromagnetinių bangų. Tai, ką mes nustatėme naudodamiesi Hablu, yra tai, kad šviečiančios galaktikos susidaro tankiausiuose tų tamsiųjų medžiagų halų regionuose.
Fraseris: Jei žinome, kad vyksta toks klupimasis - atrodo, kad abu žengia koja kojon - ar tai leidžia išmesti turimas teorijas, kokia galėtų būti ši tamsi materija?
Daktaras Jee: Taip, tai suteikia daug įkalčių. Dauguma žmonių mano, kad tamsiosios medžiagos neturi susidūrimo, tačiau kai kurie mano, kad jos gali turėti tokių susidūrimo savybių kaip vandenilio dujos. Tai, kaip tamsiosios medžiagos kaupiasi, suteikia mums užuominų apie tai, kas yra tamsioji medžiaga. Tarkime, kad tamsiosios medžiagos, kaip ir vandenilio atomas, turi susidūrimo savybes, tada jos labai dažnai susiduria viena su kita ir matysime, kad tamsiosios medžiagos halogenas pasiskirsto labai sklandžiai. Bet mes nustatėme, kad šios struktūros yra labai nešvarios, kaip ir pačios galaktikos masė. Tai rodo, kad tamsiosios medžiagos dalelės, jei tokių yra, bus be susidūrimų, kaip sakoma daugumoje šių dienų astronomijos teorijų.
Fraseris: O, aš matau, taigi faktinės dalelės, galinčios sukelti šią tamsiąją medžiagą, yra tokios mažos arba silpnai sąveikaujančios, kad net nesusilieja. Ir jei jie drabstytųsi kartu, iš tikrųjų pamatytumėte tolygesnį paskirstymo purškimą. Taigi, remiantis gautais duomenimis, koks bus kitas jūsų tyrimo etapas?
Dr Jee: „Advanced Camera for Surveys“ programa apima daugiau nei 15 galaktikų grupių, kurios yra labai labai įdomios. Tai tik pirmieji du rezultatai. Mes tikime, kad jei atliksime savo 15 galaktikų klasterių apklausą, tada susidarysime aiškesnį vaizdą, kaip sąveikauja tamsiosios ir normaliosios materijos, galbūt kartu veikiant gravitacijai. Ir mes galime turėti aiškesnį supratimą, kaip tamsiosios materijos prisideda prie didelės apimties Visatos struktūros formavimo.
Fraseris: Ar, remiantis iki šiol atliktais tyrimais, turite naminių gyvūnėlių auginimo teoriją, kokia galėtų būti tamsiosios medžiagos?
Daktaras Jee: Jei einate į „Astro-ph“ svetainę, tai yra ta svetainė, į kurią žmonės įkelia įvairius savo mokslo darbus, o per dieną jų yra 10 ar 15. Ir apie tai yra daug spekuliacijų, kurios yra labai patrauklios ir patikimos. Manau, kad į tamsiosios medžiagos prigimtį bus galima atsakyti po 10 ar 15 metų, bet mes vis dar ieškome. Mūsų tyrimas suteikia precedento neturinčią tamsiosios medžiagos skiriamąją gebą, pagal kurią būtų galima atskirti susidūrusias ir be susidūrimo daleles.
Fraseris: Ir ar yra kokių nors kitų instrumentų, išskyrus „Hablo“, kurie gali atlikti šį darbą?
Dr Jee: Gravitacinį lęšį galime atlikti naudodami antžeminius teleskopus. Tiesą sakant, 1990 m. Žmonės pirmą kartą aptiko tamsiąją medžiagą naudodamiesi gravitaciniu lęšiu. Bet kai darote gravitacinį lęšį naudodami antžeminį teleskopą, skiriamoji geba yra tokia prasta. Kitaip tariant, atmosferos turbulencija suteps gravitacinį lęšį, todėl nematysime labai aukštos kokybės tamsiosios medžiagos vaizdo. Bet jei mes naudojame teleskopą kosmose, tada jis netemdo fono paveikslėlio formos, todėl jūs išsaugote gravitacinį lęšio signalą. Mes galime sugalvoti labai aukštos skiriamosios gebos tamsiųjų medžiagų pasiskirstymo vaizdą.
„Fraser“: ir didesnis instrumentas duotų geresnį vaizdą.
Dr Jee: Tikrai. Kitas teleskopas yra JWST (Džeimso Webbo kosminis teleskopas), kuris veiksmingai padidins tamsiosios medžiagos reikšmingumo skiriamąją gebą 10 ir daugiau kartų.
Fraser. Ar manote, kad matėte ką nors žymiai kitokio su 10x skiriamąja geba?
Dr Jee: Visuotinė tamsiosios medžiagos pasiskirstymo forma labai nesikeis, tačiau tokiu atveju galbūt galėsime palyginti tamsiosios medžiagos struktūrą galaktikų atžvilgiu. Tokiu atveju galbūt galime atsakyti, ar tamsiosios medžiagos dalelės turi tam tikras susidūrimo savybes. Iš pradžių sakiau, kad tai, ką radau, atitinka hipotezę be susidūrimo. Tačiau buvo keletas patarimų, kad tamsiosios medžiagos dalelės gali turėti labai mažas susidūrimo savybes. Taigi galėtume nustatyti tamsiosios ir galaktikos materijos poslinkį. Tai suteikia daugybę galimų apribojimų susidūrus įprastos ir tamsiosios medžiagos dalelių skerspjūviams.
Šis tyrimas buvo praneštas „Space Magazine“ 2005 m. Gruodžio 13 d.
