Jednostavno rečeno, vjeruje se da Mračna materija ne čini većinu mase Svemira, već djeluje i kao skele na kojima su izgrađene galaksije. No kako bi pronašli dokaze ove misteriozne, nevidljive mase, znanstvenici su prisiljeni oslanjati se na neizravne metode slične onima koje se koriste za proučavanje crnih rupa. U osnovi, oni mjere kako prisutnost Mračne materije utječe na zvijezde i galaksije u njenoj blizini.
Do danas su astronomi uspjeli pronaći dokaze da se tamna tvar skuplja oko srednjih i velikih galaksija. Korištenje podataka iz Hubble svemirski teleskop i nova tehnika promatranja, tim astronoma iz UCLA-e i NASA-e JPL otkrio je da tamna tvar može tvoriti mnogo manje grudvice nego što se prije mislilo. Ovi su nalazi predstavljeni ovog tjedna na 235. sastanku Američkog astronomskog društva (AAS).
Najprihvaćenija teorija o Dark Matteru kaže da se ona ne sastoji od istih stvari kao barioni (aka. Normalna ili „svjetlucava materija“) - tj. Protona, neutrona i elektrona. Umjesto toga, Mračna materija je teoretizirana da se sastoji od neke nepoznate subatomske čestice koja interakcijom s normalnom materijom djeluje samo putem gravitacije, najslabije od osnovnih sila - ostale su elektromagnetske, jake i slabe nuklearne sile.
Druga široko prihvaćena teorija kaže da se Dark Matter polako kreće u usporedbi s drugim vrstama čestica, te su stoga skloni grupiranju. U skladu s ovom idejom, Svemir bi trebao sadržavati širok raspon koncentracija tamne materije, u rasponu od malih do velikih. Međutim, do sada nisu primijećene male koncentracije.
Koristeći podatke dobivene Hubble-ovom širokom poljem 3 (WFC3), istraživački tim pokušao je pronaći dokaze o tim malim grudama mjerenjem svjetlosti iz svijetlih jezgara osam udaljenih galaksija (aka. Kvazara) kako bi vidjeli kako na to utječe dok putuje. kroz svemir. Ova tehnika, koju astronomi obično koriste za proučavanje udaljenih galaksija, zvjezdanih grozdova, pa čak i egzoplaneta, poznata je kao gravitacijsko leće.
Izvorno predviđena Einsteinovom teorijom opće relativnosti, ova se tehnika oslanja na gravitacijsku silu velikih kozmičkih objekata kako bi preskakali i povećali svjetlost iz udaljenijih objekata. Daniel Gilman iz UCLA-a, koji je bio član promatračkog tima, objasnio je postupak ovako:
„Zamislite da je svaka od ovih osam galaksija divovsko povećalo. Male nakupine tamne materije djeluju kao male pukotine na lupu, mijenjaju svjetlinu i položaj četiri slike kvazara u odnosu na ono što biste očekivali da su stakla glatka. "
Kao što se nadao Hubble slike su pokazale da je svjetlost koja dolazi iz tih osam kvazara bila podložna efektu leće koji je u skladu s prisutnošću malih nakupina duž vidne linije teleskopa i unutar i oko galaksija koje leže u prednjem planu. Osam kvazara i galaksija bilo je usklađeno tako precizno da je efekt izobličenja stvorio četiri izobličene slike svakog kvazara.
Koristeći složene računalne programe i tehnike intenzivne obnove, tim je potom usporedio razinu izobličenja s predviđanjima kako će se kvazari pojaviti bez utjecaja Mračne materije. Ova su mjerenja također korištena za izračun mase koncentracija tamne materije, što je ukazivalo da su one od 1/10 000. do 1/100 000. puta veće od mase haloa Mliječnog Puta.
Osim što su prvi put primijećene male koncentracije, rezultati tima potvrđuju i jedno od osnovnih predviđanja teorije "Hladne tamne materije". Ova teorija postulira da je, budući da je Mračna materija usporena (ili "hladna"), sposobna formirati strukture u rasponu od malenih koncentracija do ogromnih, koje su nekoliko puta veće od Mliječnog puta.
Ova teorija također kaže da su se sve galaksije u Svemiru formirale unutar oblaka Mračne materije poznate kao "haloi" i postale su ugrađene u njih. Umjesto dokaza o manjim nakupinama, neki istraživači sugeriraju da bi tamna materija zapravo mogla biti „topla“ - tj. Brzopotezna - i samim tim prebrza za stvaranje manjih koncentracija.
No, nova zapažanja nude konačan dokaz da je teorija o hladnoj tamnoj materiji i kozmološki model koji ona podržava - model Lambda Cold Dark Matter (? CDM) - tačna. Kao član tima, prof. Tommaso Treu sa Kalifornijskog sveučilišta u Los Angelesu (UCLA), objasnio je ovo najnovije Hubble promatranja daju nove uvide u prirodu tamne materije i kako se ona ponaša.
"Napravili smo vrlo uvjerljiv promatrački test za model hladne tamne materije i ona prolazi letećim bojama", rekao je. "Nevjerovatno je da nakon gotovo 30 godina rada Hubble omogućava vrhunske poglede na temeljnu fiziku i prirodu svemira o kojoj nismo ni sanjali kada je teleskop pokrenut."
Anna Nierenberg, istraživačica iz NASA-inog laboratorija za mlazni pogon koja je vodila Hubble istraživanje, dalje objašnjeno:
Lov na koncentracije tamne materije bez zvijezda pokazao se izazovnim. Istraživački tim Hubblea, međutim, koristio je tehniku u kojoj nisu trebali tražiti gravitacijski utjecaj zvijezda kao tragače tamne materije. Tim je ciljao osam snažnih i dalekih svemirskih "uličnih svjetiljki", nazvanih kvazarima (regije oko aktivnih crnih rupa koje emitiraju ogromne količine svjetlosti). Astronomi su izmjerili kako svjetlost emitirana kisikom i neonskim plinom koji kruže oko crnih rupa svakog kvazara gravitira gravitacijom ogromne prednje galaksije, koja djeluje kao povećalo.
Broj malih struktura otkrivenih u studiji pruža više tragova o prirodi čestica tamne materije jer bi njihova svojstva utjecala na to koliko grudvica se formira. Međutim, vrsta čestica koje čine Dark Matter za sada ostaje misterija. Na svu sreću očekuje se da će primjena svemirskih teleskopa nove generacije u bliskoj budućnosti pomoći u tom pogledu.
Tu spadaju svemirski teleskop James Webb (JWST) i teleskop širokopojasnog infracrvenog snimanja (WFIRST), a oba su infracrvena opservatorija koja bi trebala započeti u ovom desetljeću. Pomoću njihove sofisticirane optike, spektrometra, velikog vidnog polja i visoke rezolucije, ovi će teleskopi moći promatrati čitave regije prostora zahvaćene masivnim galaksijama, galaksijama i njihovim haloima.
Ovo bi trebalo pomoći astronomima da utvrde pravu prirodu Mračne materije i kako izgledaju njene sastavne čestice. Istodobno, astronomi planiraju koristiti te iste instrumente kako bi naučili više o Tamnoj energiji, još jednoj velikoj kozmološkoj misteriji koju za sada možemo posredno samo proučavati. Uzbudljiva vremena su pred vama!
