Ciemna materia poszukiwana między gwiazdami

Chociaż ciemna materia stanowi około 27 proc. Wszechświata, astronom nie udało się jej bezpośrednio zaobserwować. Badacze mają nadzieję, że nowy teleskop NASA pozwoli na uchwycenie tego niezwykłego materiału między gwiazdami.

W czasie nowego badania, zespół naukowców z Northwestern University, odkrył, że nadchodzące obrazy z teleskopu kosmicznego NASA Nancy Grace Roman (który ma zostać uruchomiony do maja 2027 r.) mogą zawierać istotne wskazówki do zrozumienia nieuchwytnego materiału jakim jest ciemna materia.

W poszukiwaniu ciemnej materii niektórzy astrofizycy skupiali się wcześniej na lukach w strumieniach gwiazd – obszarach, w których struktury są tak cienkie, że można dostrzec zakłócenia tworzone przez skupiska ciemnej materii. Jednak do tej pory naukowcy badali te luki jedynie w Drodze Mlecznej. Wraz z wykonaniem zdjęć sąsiedniej galaktyki Andromedy przez Kosmiczny Teleskop Roman, astronomowie znacznie poszerzą swoją rosnącą próbkę cienkich strumieni gwiezdnych, potencjalnie prowadząc do uzyskania większej ilości informacji na temat konkretnych właściwości jakie ma ciemna materia. Badanie zostało opublikowane w The Astrophysical Journal.

„W Drodze Mlecznej istnieją strumienie gwiazd z wyraźnymi lukami, które mogą być spowodowane ciemną materią, ale mogą również powstać w inny sposób. Nasze nowe badanie dowodzi, że będziemy w stanie zaobserwować te luki w pobliskich galaktykach innych niż nasza własna. Dzięki temu uzyskamy lepsze statystyki dotyczące tych luk, co ostatecznie pomoże nam lepiej zrozumieć możliwe istnienie i właściwości skupisk ciemnej materii” – mówi Tjitske Starkenburg z Northwestern University, współautor badania.

Zakłada się, że ciemna materia jest cząsteczką, ale nie można jej jeszcze bezpośrednio zaobserwować, ponieważ nie emituje, nie odbija, nie załamuje ani nie pochłania światła. Ponieważ nikt nie może jej zobaczyć, naukowcy muszą szukać innych wskazówek, aby ustalić, czy rzeczywiście tam jest.

„Widzimy wpływ ciemnej materii na galaktyki” – powiedział Aganze. „Na przykład, gdy modelujemy rotację galaktyk, potrzebujemy dodatkowej masy, aby wyjaśnić ich rotację. Ciemna materia może zapewnić tę brakującą masę” – mówi Christian Aganze z Stanford University, główny autor badania.

Astronomowie mają nadzieję, że wskazówki mogą być ukryte w wydłużonych strumieniach gwiazd w gromadach kulistych (ściśle powiązanych grup od kilkudziesięciu do milionów gwiazd). Naukowcy twierdzą, że skupiska ciemnej materii mogą przebijać się przez strumienie gwiazd, tworząc luki. Badając je, astronomowie starają się odkryć czy obecna jest tam ciemna materia.

Do tej pory istniejące teleskopy kosmiczne i naziemne ograniczały poszukiwania do niewielkiej liczby strumieni gromad kulistych w obrębie Drogi Mlecznej. Jednak teleskop Roman Space Telescope, który będzie znajdował się w odległości miliona kilometrów od Ziemi, po raz pierwszy umożliwi astronomom takie obserwacje.

Roman’s Wide Field Instrument ma 18 detektorów, które będą generować obrazy 200 razy większe niż te wytwarzane przez kamerę bliskiej podczerwieni Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, w nieco większej rozdzielczości.

W nowym badaniu naukowcy symulowali strumienie gwiazd, pozwalając im wchodzić w interakcje z ciemną materią, tworząc luki, a następnie generowali pozorowane obserwacje tych szczelin. Ostatecznie zespół doszedł do wniosku, że luki te powinny być wykrywalne na nadchodzących obrazach z Roman Space Telescope. Oszacowano również, że nowy teleskop skutecznie dostarczy te dane w ciągu zaledwie jednej godziny obserwacji.

Naukowcy planują w przyszłości zbadać halo ciemnej materii otaczające Andromedę. Takie kosmiczne struktury otaczają wszystkie galaktyki, w tym Drogę Mleczną, naukowcy jednak podejrzewają, że szybciej uda im się znaleźć dowody na istnienie mniejszych sub-halo, co przewidują obecne modele kosmologiczne.

„Spodziewamy się, że mniejsze sub-halo ciemnej materii będą oddziaływać ze strumieniami gromad kulistych. Jeśli są one obecne w innych galaktykach, przewidujemy, że zobaczymy luki w strumieniach gromad kulistych, które prawdopodobnie są spowodowane przez te sub-halo. Da nam to nowe informacje o ciemnej materii, w tym o rodzajach halo i ich masach” – mówi Starkenburg.

Emil Gołoś