A távoli galaxisok körüli „Einstein gyűrűinek” új pillantása közelebb vitt minket a sötét anyaggal kapcsolatos vita megoldásához

A fizikusok úgy vélik, hogy az univerzum anyagának nagy része láthatatlan anyagból áll, amelyről csak a csillagokra és a látható galaxisokra gyakorolt ​​közvetett hatásaiból tudunk.

Nem vagyunk őrültek! E „sötét anyag” nélkül az univerzumnak, ahogy látjuk, nem lenne értelme.

De a sötét anyag természete ősi rejtély. de, Új tanulmány Írta: Alfred Amroth, a Hongkongi Egyetem munkatársa és munkatársai, megjelent: természeti csillagászata fény gravitációs hajlítását használja fel, hogy egy lépéssel közelebb vigyen minket a megértéshez.

Láthatatlan, de mindenütt jelenlévő

Azért gondoljuk a sötét anyag létezését, mert látjuk gravitációs hatásait a galaxisok viselkedésére. Pontosabban, úgy tűnik, hogy a sötét anyag az univerzum tömegének körülbelül 85%-át teszi ki, és az általunk látható távoli galaxisok többségét titokzatos anyag glória veszi körül.

De sötét anyagnak nevezik, mert nem bocsát ki, nem nyel el és nem veri vissza a fényt, ami nagyon megnehezíti az észlelését.

Szóval mik ezek a dolgok? Úgy gondoljuk, hogy valami ismeretlen alapvető részecske lehet, de még nem vagyunk biztosak benne. A sötét anyag részecskéinek kimutatására tett kísérletek laboratóriumi kísérletekben eddig kudarcot vallottak, a fizikusok évtizedek óta vitatkoznak ezek természetéről.

A tudósok két fő hipotetikus jelöltet javasoltak a sötét anyagra: viszonylag nehéz karaktereket, amelyeket gyengén kölcsönhatásba lépő masszív részecskéknek (vagy WIMP-knek) neveznek, és rendkívül könnyű részecskéket, amelyeket axionoknak neveznek. Elméletileg a WIMP-k diszkrét részecskékként viselkednek, míg az axionok a kvantuminterferencia miatt nagyon hullámként viselkednek.

Nehéz volt különbséget tenni e két lehetőség között – de a távoli galaxisok körüli kis kitérő támpontot adott.

Gravitációs lencsék és Einstein gyűrűk

Amikor a fény áthalad az univerzumon egy hatalmas objektumon, például egy galaxison keresztül, útja görbült, mivel – Albert Einstein általános relativitáselmélete szerint – a hatalmas objektum gravitációja torzítja körülötte a teret és az időt.

Ennek eredményeként néha, amikor egy távoli galaxisra nézünk, más galaxisok torz képeit láthatjuk mögötte. És ha a dolgok tökéletesen illeszkednek, a háttérgalaxis fénye a legközelebbi galaxis körül fog körözni.

Ezt a fénytorzulást „gravitációs lencséknek” nevezik, az általa létrehozható köröket pedig „Einstein-huroknak”.

A gyűrűk vagy más lencse alakú képek torzulásának tanulmányozásával a csillagászok megismerhetik a legközelebbi galaxist körülvevő sötét anyag halójának tulajdonságait.

Axions vs. WIMP

És pontosan ezt tette Amroth és csapata új tanulmányukban. Több olyan rendszert is megvizsgáltak, ahol ugyanannak az objektumnak több másolata volt látható a háttérben az előtérben lévő objektívgalaxis körül, különös tekintettel a HS 0810+2554 nevű rendszerre.

Részletes modellezéssel kidolgozták, hogy a képek hogyan torzulnának, ha a sötét anyag WIMP-ekből állna, szemben azzal, ha a sötét anyag axionokból állna. A WIMP modell nem nagyon hasonlított az igazira, de az axion modell pontosan reprodukálta a rendszer összes funkcióját.

Az eredmények azt jelzik, hogy az axionok valószínűbb jelöltek a sötét anyag számára, és az a képességük, hogy megmagyarázzák a lencse anomáliáit és más asztrofizikai megfigyeléseket, irritálja a tudósokat.

részecskék és galaxisok

Az új kutatás olyan korábbi tanulmányokra épül, amelyek azt is kimutatták, hogy az axiák a sötét anyag legvalószínűbb formája. Például, egy tanulmány az axion sötét anyag hatásait vizsgálta a kozmikus mikrohullámú háttérre, míg utolsó A sötét anyag viselkedésének vizsgálata törpegalaxisokban.

Bár ez a kutatás nem zárja le a sötét anyag természetéről folyó tudományos vitát, új utakat nyit meg a tesztelés és a kísérletezés előtt. Például a jövőbeni gravitációs lencsék megfigyelései felhasználhatók az axonok hullámszerű természetének vizsgálatára, és esetleg tömegük mérésére.

A sötét anyag jobb megértése hatással lesz arra, amit a részecskefizikáról és a korai univerzumról tudunk. Segíthet abban is, hogy jobban megértsük, hogyan alakulnak ki és változnak a galaxisok az idő múlásával.