Közvetlen bizonyítékok a sötét anyag létére

Az Arizonai Egyetem csillagászai elsőként szolgáltak közvetlen bizonyítékokkal a sötét anyag létezéséről.

Douglas Clowe, az Astophysical Journal következő számában megjelenő tanulmány szerzőjének elmondása szerint maga a természet sietett a segítségükre két galaxisklaszter ütköztetésével. A folyamat során a csillagászok megfigyelhették, hogyan válik el az eddig csak feltételezett sötét anyag a hagyományos anyagtól. Az észleléshez természetesen a szerencsén kívül kellett néhány ultramodern optikai és egy röntgensugarú távcső is, utóbbi a NASA Chandra űrtávcsöve volt.

Douglas Clowe

A megfigyelést megelőzően az összes kozmológiai modell feltételezéseken alapult, melyeket mindeddig nem sikerült hitelt érdemlően bizonyítaniuk a csillagászoknak. Clowe szerint a gravitáció kozmikus méretekben is pontosan úgy viselkedik, mint a Földön. "A képeken megfigyelt klaszterek egy milliárdszor nagyobb skálán mozognak, mint azon gravitáció, melynek mérésére jelenleg képesek vagyunk" - magyarázta. A galaxisklaszterek összeolvadása általános jelenség, így nyerik tömegüket. Az azonban óriási szerencse, hogy mindössze 100 millió évvel egy összeolvadás után sikerült elcsípni a folyamatot, mivel 100 millió év a kozmikus időskálán szinte egy szemvillanásnak tűnik.

A csillagászok az 1930-as évek óta tudják, hogy a világegyetem nem csupán a csillagokat, bolygókat, és minden más dolgot és lényt felépítő normál anyagból tevődik össze.

Az a mód, ahogy a galaxisok áthaladnak a téren, és a gravitációról szerzett ismeretek alapján a csillagászok elméletei szerint az univerzumnak a normál anyagnál legalább ötször nagyobb mennyiségű eddig nem látott anyagot kell tartalmaznia, ezt nevezték el sötét anyagnak. A becslések szerint a világegyetem 5%-a hagyományos anyag, 25%-a sötét anyag, 70% pedig egy másik rejtély, a sötét energia, ami elméletileg az univerzum tágulásáért felel.

Az elmélet tehát megszületett, az elmúlt 70 évben azonban senkinek sem sikerült a sötét anyagról, de még a létéről sem semmiféle hitelt érdemlő bizonyítékot szereznie. Ez elég kedvezőtlenül érintette a csillagászatot, mivel gyakorlatilag az univerzum anyagának 80%-ára nem tudtak magyarázatot adni, márpedig a galaxisok mozgását csak a sötét anyaggal magyarázhatják. Ellenkező esetben azt kellene mondanunk, hogy a gravitációról szerzett alapvető ismereteink is hibásak, fejtegette Dennis Zaritsky professzor, a felfedező csapat tagja, a tanulmány társszerzője.

Dennis Zaritsky

A galaxisklaszterek összeolvadásakor maguk a galaxisok olyannyira szórványosan helyezkednek el a térben, hogy nem ütköznek össze. Még akkor is, ha csak két galaxis halad át egymáson, csillagaik közt elegendő távolság van, hogy elkerüljék az ütközést. A galaxisok gyakorlatilag úgy suhannak át egymáson, hogy alig lassulnak le.

A galaxisklaszterek normál tömegének nagy része diffúz forró gázaikban rejlik. A klaszterek általában tízszer több hagyományos anyagot tartalmaznak gáz formájában, mint csillagaikban, így a klaszterek összeolvadásakor forró gázaik vonzóerőt fejtenek ki egymásra, lelassítva mindkét gáztömeget, magyarázta Clowe. Ennek eredményeként maguk a galaxisok csillagaikkal tovább száguldanak az űrben, míg a gázt maguk mögött hagyják.

A röntgensugarú megfigyelések kimutatták, hogy a mostani esetben is a forró gázfelhőkben található hagyományos anyaghalmaz némileg leszakadt a galaxisoktól. A kisebb klaszterből származó több millió fokos hidrogén- és héliumplazma egy elnyújtott, lövedék alakú felhőt hozott létre a 16 millió km/h sebességű ütközés során fellépő szuperszonikus lökéshullám hatására.

Amikor a csillagászok látható fényben megvizsgálták az összeolvadás területét, felfedezték, hogy a galaxisok környékén sokkal nagyobb tömeg van jelen, a gázfelhő előtt.

Ezután elemezték a távoli galaxisok gravitációs lencse hatását, azt a jelenséget, melyet a gravitáció okoz, meghajlítva a távoli csillagok fényét. Az elemzések felfedtek egy nem fénylő, láthatatlan, ám a megfigyelésekből észlelhető gravitációjú anyagtömeget, ami a lencse hatást jóval erősebbé tette, mint a gázfelhő hagyományos anyaga.


A csillagászok által készített képen a kék szín jelzi a megfigyelt gravitációs mezőket. A képen a rózsaszín felhők főként hagyományos anyagból állnak, ezeket a Chandra azonosította, jobb oldalon a fentebb említett lövedék alakú felhő. A kék foltokat az optikai távcsövek és a gravitációs lencse segítségével sikerült detektálni, ez a sötét anyag. A megfigyelések szerint a normál anyag a két klaszter találkozásakor lelassult, míg a sötét anyag zavartalanul haladt tovább, így következett be a két anyagtípus szétválása, lehetővé téve a sötét anyag közvetlen észlelését.

A sötét anyag tehát elvileg nem lép kölcsönhatásba a normál anyaggal, ami újabb bizonyíték a bolygókat a Nap körül tartó hagyományos newtoni gravitáció igazolására.