Раскрыто впервые: карта проливает свет на темную материю, которая связывает вселенную

Темная материя - самая распространенная вещь во вселенной. Миллиард субатомных частиц темной материи проходит через вашу протянутую руку каждую секунду, но мало, если какая-либо из этих эфирных частиц может на самом деле коснуться и отскочить от вашей руки в вашей жизни. Теперь исследования начинают проливать свет на эту загадочную субстанцию.

Астрономы знали с 1930-х годов, что существует нечто большее, чем просто видимая вселенная. Млечный Путь, галактика, в которой мы живем, вращается слишком быстро, чтобы удерживаться вместе гравитацией между его звездами. Если бы звёзды были всем, что есть, мы бы давно сбросились с нашего космического кругового движения. Вместо этого наша галактика содержит примерно в шесть раз больше материала некоторого вида, чем учитывается каждым атомом всех элементов в периодической таблице: материал, известный как темная материя ,

Темная материя невидима и может быть обнаружена только в том случае, если ее гравитация влияет на то, что мы видим, например на проходящие лучи света - эффект, известный как гравитационное линзирование , Это все равно что смотреть сквозь неровное стекло, которое, хотя и прозрачно, очевидно из-за искажений, которые он создает на объектах, видимых через него. Рассчитав степень искажения, можно определить толщину стекла.

Недавно выпущенный Обзор темной энергии использовал гравитационное линзирование для генерации огромная карта темной материи , Как видно из Телескоп Blanco в Чили они увидели пересекающуюся паутину густых нитей темной материи.

Карта космической темной материи, видимой с Земли. Цвет представляет темную материю, увеличиваясь в сторону красного. Круги отмечают галактики и скопления галактик. Обзор темной энергии

Сеть темной материи - это невидимые леса, которые лежат в основе всей видимой вселенной. Эшафот образовался очень скоро после большого взрыва, и его гравитация начала притягивать весь обычный материал, из которого затем строятся звезды, планеты и люди. Действительно, все галактики находятся вдоль нитей темной материи, причем скопления до тысячи галактик расположены там, где нити пересекаются друг с другом.

Итак, теперь мы знаем, где находится темная материя. Чтобы узнать, что это, нам нужно Космический телескоп Хаббл чтобы приблизиться к карте темной материи.

Свет против тьмы

На Земле мы используем ускорители частиц, чтобы выяснить, из чего состоит материя, обстреливая частицы друг друга огромной энергией и наблюдая, как происходит столкновение. Это был принцип, лежащий в основе экспериментов лорда Резерфорда открытие атомов в 1908 году для самого большого эксперимента человечества, Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе , Но мы не можем ни захватить темную материю, ни взаимодействовать с ней вообще. Однако природа предоставляет нам эксперимент: мы можем наблюдать за тем, что происходит, когда темная материя вокруг галактик или скопления галактик случайно врезаются друг в друга.

Галактики состоят из трех компонентов: звезд, темной материи и клубящихся газовых облаков. Когда сталкиваются две галактики - событие, вовлекающее пространства времени и пространства и размер, который затрудняет понимание - отдельные звезды почти всегда проходят прямо без повреждений. Они являются точками материи, разделенными обширными областями пустой пустоты. Наоборот, облака газа врезаются друг в друга и притягиваются трением до упора. Ожидается, что темная материя будет вести себя где-то посередине, и ее траектория вне столкновения должна раскрыть свои свойства.

Точки, представляющие видимые звезды и галактики (слева), видимые через эффекты гравитационного линзирования (справа). TallJimbo , CC BY-SA

Астрономические Коллайдеры Частиц

В одном хорошо изученном столкновении, известном как Bullet Cluster темная материя, казалось, просвистела прямо через столкновение. Насколько мы можем судить, темная материя шла в ногу со звездами, не испытывая ощутимых замедлений от испытаний. Но интерпретировать только одно столкновение сложно. Мы должны реконструировать трехмерную сцену с одной точки зрения и одного стоп-кадра из фильма, который длится 100 миллионов лет.

Чтобы толпить источник полный фильм, мы недавно наблюдали 72 скоростных столкновения темной материи вокруг скоплений галактик. Мы смотрим некоторые со стороны, другие в лоб и каждый на другой стадии крушения. Восстанавливая статистические свойства столкновения темной материи, мы убедительно подтвердили, что темная материя очень, очень мало взаимодействует с чем-либо еще.

Обсерватория Cerro Tololo, где использовался телескоп Victor Blanco. Дэвид Уокер , CC BY-SA

Коэффициент сопротивления темной материи

Теперь мы также сообщили о наших наблюдениях 73-е столкновение , Это касается отдельных галактик, а не скоплений, которые остаются достаточно неповрежденными, чтобы огромные гравитационные силы размахивали ими и снова бросали их друг в друга. Это делает для очень чувствительного эксперимента. Если невидимая темная материя ощущает даже незначительное трение, она в конечном итоге превратится в заметное отставание от видимых звезд , наш само столкновение также ближе к Земле - и происходит идеально в соответствии с гравитационной линзой, обеспечивая нам идеальный угол обзора для отслеживания темной материи.

Мы обнаружили, что темная материя действительно немного смещение от звезд , Но хотя это более чувствительный эксперимент, чем столкновения кластеров, его также сложнее интерпретировать. Газ, который первоначально сопровождал галактику, замедлился настолько сильно, что его уже давно нет - и это удаляет одну калибровочную точку, с которой мы могли бы сравнить поведение темной материи. Мы также не знаем точную продолжительность столкновения: смещение может быть вызвано небольшим трением в течение длительного времени или еще меньшим трением в течение более длительного времени.

Имитация гипотез

После такого длинного, грязного столкновения, возможно, появятся и более приземленные объяснения смещенных видимых звезд и темной материи. Мы еще не можем думать ни о чем, но Даремский университет Институт Вычислительной Космологии запускает крупнейший в мире суперкомпьютерный симулятор темной материи. Мы объединяемся с Институт Феноменологии Физики Частиц чтобы смоделировать миллионы столкновений кластеров с различной физикой, чтобы увидеть, можем ли мы воспроизвести наблюдаемое смещение любым другим способом.

Мысль о том, что темная материя может взаимодействовать или реагировать на силы, отличные от гравитации, соблазняет - даже очень маленькое взаимодействие совершенно не похоже ни на что. Как только две частицы темной материи могут взаимодействовать, им нужен другой тип частиц ( носитель силы ) взаимодействовать через. В этот момент начинают появляться голые кости химии темной материи.

Итак, в течение 80 лет ученые подозревали, что невидимая параллельная темная вселенная существует вокруг нас, но остается неуловимой. Темная материя всегда описывалась в терминах того, чем она не является. Этими экспериментами мы впервые описываем темную материю, какой она есть.

Эта статья была первоначально опубликована на Разговор , Прочитайте оригинальная статья ,

Похожие

Комментарии