Iz česa je sestavljeno Vesolje? Ne skrbi, če nimaš pojma, astronomi ne. James Jee z univerze Johns Hopkins je s vesoljskim teleskopom Hubble izdelal podroben zemljevid koncentracij temne snovi okoli dveh galaksij. In astronomi so le dobili nekaj novih namigov.
Poslušajte intervju: Dark Matter Maps (5 MB)
Ali pa se naročite na Podcast: Naročite se
Fraser Cain: Izraz temna materija smo že slišali že precej. Nam lahko daste trenutno razumevanje, kaj je temna snov?
Dr James Jee: Preden govorim o temni snovi, moram omeniti, kaj astronomi zdaj verjamejo, kako je vesolje prišlo v to, kar je danes. Verjamemo, da je 30% vesolja snov, ostalih 70% pa temna energija, temna snov pa vsebuje več kot 90% snovi v vesolju. V laboratorijih nihče ni zaznal temne snovi, zato ne pozna oblike, barve ali vonja, vendar obstajajo dokazi, da je tam. Zaznamo ga lahko s tako imenovanim gravitacijskim lečanjem.
Fraser: Torej ste pred kratkim opravili raziskavo s pomočjo Hubble vesoljskega teleskopa za preslikavo koncentracije temne snovi. Kakšen je bil postopek za to?
Dr. Jee: Temna snov obsega, kot sem rekel, 90% snovi v vesolju, in najboljše mesto za iskanje temne snovi je tam, kjer je v njej največ. Tako smo kazal vesoljski teleskop Hubble na dve najzanimivejši grozdski grozdi, ki sta se oblikovali, ko je bilo vesolje polovico svoje trenutne starosti.
Fraser: In kaj si videl?
Dr. Jee: Preučili smo spektralno porazdelitev galaksij v ozadju. S preučitvijo izkrivljanja teh ozadij galaksije smo lahko ugotovili gostoto temne snovi v ospredju.
Fraser: Naj vidim, če to pravilno razumem. Gledali ste v oddaljene galaksije in videli ste, kako se spreminja svetloba, ko je prišla proti nam, ste lahko zaznali, kje so skrite grude snovi, ki gravitacijsko vplivajo nanjo.
Dr Jee: Točno. Mogoče je to dobra analogija. Recimo, da berete novice s pomočjo lupe, lahko ugotovite, kakšna je moč ali debelina leč, če preverite, koliko črk je skozi povečevalno steklo večje. Podobno je, če pogledate izkrivljanje ali povečanje galaksij v ozadju, lahko določite gostoto nerazložljive temne snovi v ospredju.
Fraser: Torej kakšen je odnos med temno snovjo in galaksijami, ki jih lahko vidimo?
Dr. Jee: V vesolju je prevladujoča snov in ima težo. Brez temne snovi je zelo težko oblikovati galaksije z velikimi strukturami, ki jih vidimo v današnjem vesolju. Tako zagotovo temna snov pomaga tvoriti galaksije v strukturi velikega obsega.
Fraser: Ali je potemtakem mogoče, da se vedno, kjer se temna snov strpi, tam najverjetneje vidimo galaksije?
Dr. Jee: Da, to je v bistvu tisto, kar smo ugotovili v naši raziskavi. Ljudje ugibajo, da je temna snov delci brez trka in temna snov in normalna snov bi morala obstajati skupaj. Toda tega nihče ni mogel natančno določiti, ker temna snov ne oddaja nobenih elektromagnetnih valov. Z Hubblom smo ugotovili, da se svetleče galaksije tvorijo na najgostejših območjih halonov temne snovi.
Fraser: Če vemo, da se tovrstno grozdanje dogaja - zdi se, da gresta oba z roko v roki - ali vam to omogoča, da izbacite kakršne koli obstoječe teorije o tem, kaj bi lahko bila ta temna snov?
Dr Jee: Da, to nam daje veliko namigov. Večina ljudi verjame, da temna snov ni trka, nekateri pa nakazujejo, da imajo lahko nekatere trčne lastnosti, kot je vodikov plin. Način, kako se temna snov združuje, nam namiguje, kaj je temna snov. Predpostavimo, da ima temna snov trčne lastnosti, kot atom vodika, potem se med seboj zelo pogosto trčijo in videli bomo zelo gladko porazdelitev halo temne snovi. Ugotovili pa smo, da so te strukture zelo nerodne, kot masa same galaksije. To kaže, da bodo delci temne snovi, če obstajajo, delci brez trka, kot pravi večina teorij v današnji astronomiji.
Fraser: Oh, vidim, da so dejanski delci, ki bi lahko povzročili to temno snov, bodisi tako majhni, bodisi tako šibki, da medsebojno delujejo, da se niti ne kockajo skupaj. In če bi se lotili skupaj, bi dejansko videli bolj enakomerno razprševanje. Kakšna bi bila torej naslednja faza raziskav na podlagi ugotovitev, ki ste jih dobili?
Dr. Jee: Program Advanced Camera for Surveys vključuje več kot 15 skupin galaksij, ki so zelo zanimive. To sta samo prva dva rezultata. Verjamemo, da če dokončamo 15 skupin galaksij za raziskovanje, bomo imeli bolj jasno sliko, kako se medsebojno delujeta temna in normalna snov, po možnosti z gravitacijo. In morda imamo bolj jasno predstavo o tem, kako temna snov prispeva k oblikovanju obsežne strukture vesolja.
Fraser: Ali na podlagi dosedanjih raziskav imate teorijo o hišnih ljubljenčkih, kakšna bi lahko bila temna snov?
Dr. Jee: No, če obiščete spletno mesto Astro-ph, je to spletno mesto, ki ljudje naložijo svoje različne raziskovalne naloge, na dan pa je 10 ali 15 prispevkov. In o tem obstaja veliko ugibanj, ki so zelo privlačna in verodostojna. Mislim pa, da se bo na naravo temne snovi mogoče odzvati čez 10 ali 15 let, vendar še vedno iščemo. Naša raziskava daje brez primere ločljivost temne snovi, ki lahko razlikuje med trčnimi delci in trki.
Fraser: Ali obstajajo še kakšni inštrumenti razen Hubbleja, ki bi lahko naredili to delo?
Dr. Jee: gravitacijsko lečo lahko naredimo s pomočjo zemeljskih teleskopov. Pravzaprav je bilo leta 1990 ljudje prvič zaznali temno snov z gravitacijskim lečanjem. Ko pa gravitacijsko lečo izvajate z zemeljskim teleskopom, je ločljivost tako slaba. Z drugimi besedami, atmosferska turbulenca bo razmazala gravitacijsko lečo, tako da ne bomo videli zelo kakovostne slike temne snovi. Če pa teleskop uporabljamo v vesolju, potem ne zamegli oblike slike v ozadju, zato ohranite signal gravitacijske leče. Lahko si predstavimo zelo ločljivo sliko porazdelitve temne snovi.
Fraser: In večji instrument bi vam dal boljšo sliko.
Dr Jee: Definitivno. Naslednji teleskop je JWST (James Webb Space Telescope), ki bo učinkovito povečal ločljivost pomena temne snovi za faktor 10 ali več.
Fraser. Ali menite, da bi z ločljivostjo 10x videli kaj bistveno drugače?
Dr. Jee: Globalna oblika porazdelitve temne snovi se ne bo zelo spremenila, toda v tem primeru bomo morda primerjali strukturo temne snovi glede na galaksije. V tem primeru bomo morda odgovorili, ali imajo delci temne snovi kakšne trčne lastnosti. Na začetku sem rekel, da je to, kar sem ugotovil, skladno s hipotezo o trku. Vendar je bilo nekaj predlogov, da imajo delci temne snovi nekaj zelo majhnih trčnih lastnosti. Tako bi lahko določili odmik med temno in galaksijsko snovjo. To vam daje veliko možnih omejitev glede trčnih presekov med normalnimi in temnimi delci.
O tej raziskavi so v reviji Space Magazine poročali 13. decembra 2005.
