Gromady galaktyk mogą pomóc w odkryciu tajemnicy ciemnej materii

Naukowcy od dziesięcioleci próbują rozwiązać sekret ciemnej materii. Najnowsze badanie wskazuje, że gromady galaktyk mogą zostać wykorzystane jako olbrzymie zderzacze tych cząstek, co pozwoliłoby na obserwację ich wzajemnego wpływu na siebie.

Astronomowie nie wiedzą czym jest ciemna materia, ale zgodnie z modelami, te niewidzialne cząstki stanowią większość materii we Wszechświecie i około jednej czwartej Wszechświata jako całości. Badacze sugerują, że działa ona jak „klej”, który spaja kosmos, ale wciąż nie wiedzą, jakiego rodzaju są to cząstki. Znalezienie odpowiedzi na to pytanie może przyczynić się do zrozumienia przeszłości, teraźniejszości i przyszłości znanego Wszechświata.

Badanie przeprowadzone przez astrofizyków z Northeastern University stanowi potencjalny nowy sposób odpowiedzi na to pytanie. Zostało ono opublikowane w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

„Wszystko we Wszechświecie jest cząstką, falą i polem, więc podstawowym założeniem jest to, że ciemna materia musi być cząstką. Pytanie brzmi, jakiego rodzaju” – mówi Jacqueline McCleary z Northeastern University.

Nowa metoda zaproponowana przez astronomów polegałaby na tym, aby wykorzystać gromady galaktyk jako gigantyczne naturalne zderzacze ciemnej materii i obserwacji, co dzieje się, gdy oddziałuje ona sama ze sobą.

Potężne akceleratory cząstek, takie jak Wielki Zderzacz Hadronów, pomogły naukowcom zrozumieć naturę zwykłej materii poprzez zderzenia cząstek o wysokiej energii, ale ciemną materią naukowcy nie mogą manipulować w ten sam sposób.

Te niewidoczne cząsteczki podobnie jak zwykła materia, zajmuje przestrzeń, ale jest niewidoczna dla ludzkich oczu, ponieważ światło nie wchodzi z nią w interakcje. Jednak jak tłumaczą astronomowie nadal ma ona wymierny wpływ na Wszechświat. Uważają, że istnieje ogromna, sieć ciemnej materii, która jest obecna w całym kosmosie i przyciąga większość normalnej materii, a nawet pomaga galaktykom formować się i rosnąć.

Zamiast polegać na sprzęcie znajdującym się na Ziemi, badacze planują obserwacje kosmosu. Naukowcy skupili by się na uchwyceniu tego jak gromady galaktyk zderzają się ze sobą, ponieważ zostałyby przyciągnięte do siebie przez siły grawitacyjne.

„Gromady galaktyk są również zdominowane przez ciemną materią. Osiemdziesiąt do dziewięćdziesięciu procent ich masy stanowi właśnie ona, a im bardziej masywny jest obiekt, tym szybciej poruszają się składające się na niego niewidzialne cząstki. Zasadniczo badania polegałyby na obserwacji zderzenia o bardzo wysokiej energii” – tłumaczy McCleary.

Różne teorie zakładały, że ciemna materia jest fotonem, który przenosi siłę elektromagnetyczną, niezwykle lekkim neutrinem lub nawet maleńką czarną dziurą. W nowym badaniu naukowcy twierdzą, że obecnie preferowaną teorią jest to, że przybiera ona formę WIMP-a, czyli słabo oddziałującej masywnej cząstki.

„Naziemne eksperymenty wykrywania cząstek działają od około 20 lat i jeszcze niczego nie wykryły. To wskazuje nam, że ciemna materia prawdopodobnie nie jest zwykłą cząstką, za jaką mogliśmy ją uważać. Prawdopodobnie nie jest to czysty WIMP, w przeciwnym razie już byśmy go znaleźli. To zmotywowało nas do przyjrzenia się innym modelom cząstek, które mogłyby być ciemną materią” – twierdzi McCleary.

Obserwacja zderzeń ciemnej materii mogłaby pomóc naukowcom określić pewne podstawowe cechy cząstek, które pomogłyby im udoskonalić poszukiwania odpowiedzi na pytanie o ciemną materię.

Emil Gołoś