Od čega se sastoji Svemir? Ne brinite ako nemate pojma, ni astronomi ne. James Jee sa sveučilišta Johns Hopkins upotrijebio je svemirski teleskop Hubble za izradu detaljne karte koncentracija tamne materije oko dvije galaksije. A astronomi su samo dobili neke nove tragove.
Slušajte intervju: Dark Matter Maps (5 MB)
Ili se pretplatite na Podcast: Pretplatite se
Fraser Cain: Pojam tamne materije prilično smo čuli. Možete li nam dati trenutno razumijevanje što je tamna materija?
Dr. James Jee: Prije nego što govorim o tamnoj materiji, moram spomenuti što astronomi sada vjeruju kako je Svemir ušao u ovo što jest danas. Vjerujemo da je 30% Svemira materija, a ostalih 70% tamna energija, a tamna tvar čini više od 90% materije u Svemiru. Nitko nije otkrio tamnu tvar u laboratorijima, tako da ne poznaju oblik, boju ili miris, ali postoje dokazi da je tamo. Možemo ga otkriti tzv. Gravitacijskim lećanjem.
Fraser: Dakle, nedavno ste proveli istraživanje pomoću svemirskog teleskopa Hubble za mapiranje koncentracije tamne materije. Kakav je to bio postupak?
Dr. Jee: Tamna materija sadrži, kao što rekoh, 90% materije u Svemiru, a najbolje mjesto za traženje tamne materije je mjesto u kojem ona najviše ima u izobilju. Stoga smo ukazali na Hubble svemirski teleskop na dva najzanimljivija galaksija koja su se formirala kada je Svemir bio upola niži od trenutne starosti.
Fraser: A što ste vidjeli?
Dr. Jee: Ispitali smo spektralnu raspodjelu pozadinskih galaksija. Ispitujući distorziju tih pozadinskih galaksija, uspjeli smo utvrditi gustoću tamne materije u prvom planu.
Fraser: Da vidim jesam li pravilno shvatio. Gledali ste u daleke galaksije i vidjevši način na koji se svjetlost mijenja dok je stizala prema nama mogli ste otkriti gdje postoje skriveni nakupini materije koja gravitacijski utječu na nju.
Dr. Jee: Točno. Možda je ovo dobra analogija. Pretpostavimo da čitate vijest pomoću povećala, možete zaključiti snagu ili debljinu leća ispitivanjem koliko slova izgledaju veća kroz povećalo. Slično tome, ako pogledate izobličenje ili uvećanje galaksija u pozadini, možete odrediti gustoću neuhvatljive tamne materije u prvom planu.
Fraser: Pa koji je onda odnos tamne materije i galaksija koje možemo vidjeti?
Dr. Jee: To je dominantna materija u Svemiru i ima gravitaciju. Bez tamne materije, vrlo je teško formirati galaksije pomoću velikih struktura koje vidimo u današnjem Svemiru. Tako da definitivno tamna tvar pomaže stvaranju galaksija u strukturi velikih razmjera.
Fraser: Je li moguće da tamo gdje ikad padne tamna tvar, tamo ćemo vjerojatno vidjeti galaksije?
Dr. Jee: Da, to je u osnovi ono što smo pronašli u svom istraživanju. Ljudi nagađaju da je tamna tvar čestice bez sudara, a tamna tvar i normalna tvar trebaju postojati zajedno. Ali to nitko nije uspio odrediti vrlo jasno jer tamna tvar ne emitira nikakve elektromagnetske valove. Ono što smo otkrili pomoću Hubblea je da se svjetlosne galaksije formiraju u najgušćim područjima onih oreola tamne materije.
Fraser: Ako znamo da se događa takva vrsta gomile - čini se kako to dvoje ide od ruke - omogućuje li vam da izbacite bilo koje postojeće teorije o tome što bi mogla biti ta mračna materija?
Dr. Jee: Da, to nam daje puno tragova. Većina ljudi vjeruje da tamna tvar nije sudara, ali neki sugeriraju da ona mogu imati neka svojstva sudaranja poput plina vodika. Način na koji se skuplja tamna tvar daje nam nagovještaje o tome što je tamna tvar. Pretpostavimo da tamna tvar ima svojstva sudaranja, poput atoma vodika, pa se oni međusobno sudaraju vrlo često, a mi ćemo vidjeti vrlo glatku raspodjelu haloa tamne materije. Ali otkrili smo da su te strukture vrlo nespretne, poput mase same galaksije. To ukazuje da će čestice tamne materije, ako ih ima, biti čestice bez sudara kao što većina teorija kaže u današnjoj astronomiji.
Fraser: O, vidim, stvarne čestice koje bi mogle izazvati ovu tamnu tvar su ili tako male ili tako slabo međusobno djeluju da se čak ni ne skupljaju. A da se zajedno počnu rezati, zapravo ćete vidjeti ravnomjerniji sprej distribucije. Dakle, na temelju nalaza koje ste stekli, koja bi bila sljedeća faza vašeg istraživanja?
Dr. Jee: Napredna kamera za ankete obuhvaća više od 15 galaksijskih klastera koji su vrlo zanimljivi. Ovo su samo prva dva rezultata. Vjerujemo da ako ispunimo 15 galaksija u klaster za istraživanje, imat ćemo jasniju sliku kako međusobno djeluju tamna i normalna materija, moguće gravitacijom. I možda ćemo imati jasniju predodžbu o tome kako tamna materija doprinosi formiranju strukture svemira velikih razmjera.
Fraser: A na temelju dosadašnjih istraživanja imate li teoriju o kućnim ljubimcima što bi tamna materija mogla biti?
Dr. Jee: Pa, ako idete na Astro-ph web stranicu, to je web mjesto na koje ljudi postavljaju razne svoje istraživačke radove, a dnevno ima 10 ili 15 radova. A o tome postoje mnoge nagađanja koja su vrlo atraktivna i uvjerljiva. Ali pretpostavljam da će se na prirodu tamne materije odgovoriti za 10, 15 godina, ali još uvijek tragamo. Naše istraživanje daje neviđenu razlučivost tamne materije koja može razlikovati kolizije od čestica bez sudara.
Fraser: A postoje li neki drugi instrumenti osim Hubblea koji bi mogli raditi ovo?
Dr. Jee: Možemo učiniti gravitacijsko leće pomoću zemaljskih teleskopa. U stvari, 1990. godine ljudi su prvi put otkrili tamnu tvar pomoću gravitacijskog leća. Ali kada radite gravitacijsko sočivo pomoću zemaljskog teleskopa, razlučivost je tako loša. Drugim riječima, atmosferska turbulencija razmazit će gravitacijsko sočivo tako da ne možemo vidjeti vrlo kvalitetnu sliku tamne materije. Ali ako teleskop koristimo u svemiru, onda on ne zamagljuje oblik pozadinske slike, tako da štedite signal gravitacijskog leća. Možemo smisliti sliku vrlo visoke rezolucije raspodjele tamne materije.
Fraser: A veći instrument dao bi vam bolju sliku.
Dr. Jee: Definitivno. Sljedeći teleskop je JWST (James Webb svemirski teleskop) koji će učinkovito povećati razlučivost značenja tamne materije za faktor 10 ili više.
Fraser. Mislite li da biste vidjeli 10x rezoluciju 10x?
Dr. Jee: Globalni oblik distribucije tamne materije neće se jako promijeniti, ali u tom slučaju možda ćemo moći usporediti strukturu tamne materije u odnosu na galaksije. U tom bismo slučaju mogli odgovoriti na to imaju li čestice tamne tvari neka sudarajuća svojstva. U početku sam rekao da je ono što sam našao u skladu s hipotezom bez sudara. Ali bilo je nekih prijedloga da čestice tamne tvari mogu imati vrlo mala koliziona svojstva. Tako bismo mogli odrediti pomak između tamne i galaksije. To vam pruža mnoštvo mogućih ograničenja na kolizioni presjek normalnih i tamnih čestica materije.
Ovo je istraživanje objavljeno u časopisu Space Magazine 13. prosinca 2005.
