Το Hubble ανακαλύπτει μια απροσδόκητη απόκλιση: ένα συστατικό που λείπει από τις τρέχουσες θεωρίες Dark Matter;
scitechdaily.com - 7spymania.com Οι παρατηρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble της NASA / ESA και του πολύ μεγάλου τηλεσκοπίου (VLT) του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου στη Χιλή διαπίστωσαν ότι κάτι μπορεί να λείπει από τις θεωρίες για το πώς συμπεριφέρεται η σκοτεινή ύλη.
This artist’s impression represents small-scale concentrations of dark matter in the galaxy cluster MACSJ 1206. Astronomers measured the amount of gravitational lensing caused by this cluster to produce a detailed map of the distribution of dark matter in it. Dark matter is the invisible glue that keeps stars bound together inside a galaxy and makes up the bulk of the matter in the Universe. Credit: ESA/Hubble, M. Kornmesser
Αυτό το συστατικό που λείπει μπορεί να εξηγήσει γιατί οι ερευνητές αποκάλυψαν μια απροσδόκητη ασυμφωνία μεταξύ των παρατηρήσεων των συγκεντρώσεων της σκοτεινής ύλης σε ένα δείγμα μαζικών σμήνων γαλαξιών και θεωρητικών προσομοιώσεων υπολογιστών για το πώς η σκοτεινή ύλη πρέπει να κατανέμεται σε συστάδες. Τα νέα ευρήματα δείχνουν ότι ορισμένες συγκεντρώσεις σκοτεινής ύλης μικρής κλίμακας παράγουν φαινόμενα φακού που είναι 10 φορές ισχυρότερα από το αναμενόμενο.
Η σκοτεινή ύλη είναι η αόρατη κόλλα που κρατά τα αστέρια, τη σκόνη και το αέριο μαζί σε έναν γαλαξία. Αυτή η μυστηριώδης ουσία αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του γαλαξία και αποτελεί το θεμέλιο της μεγάλης κλίμακας δομής του Σύμπαντός μας. Επειδή η σκοτεινή ύλη δεν εκπέμπει, απορροφά ή αντανακλά το φως, η παρουσία της είναι γνωστή μόνο μέσω της βαρυτικής έλξης της ορατής ύλης στο διάστημα. Οι αστρονόμοι και οι φυσικοί προσπαθούν ακόμα να εντοπίσουν τι είναι.
This Hubble Space Telescope image shows the massive galaxy cluster MACSJ 1206. Embedded within the cluster are the distorted images of distant background galaxies, seen as arcs and smeared features. These distortions are caused by the dark matter in the cluster, whose gravity bends and magnifies the light from faraway galaxies, an effect called gravitational lensing. This phenomenon allows astronomers to study remote galaxies that would otherwise be too faint to see.
Astronomers measured the amount of gravitational lensing caused by this cluster to produce a detailed map of the distribution of dark matter in it. Dark matter is the invisible glue that keeps stars bound together inside a galaxy and makes up the bulk of the matter in the Universe.
The Hubble image is a combination of visible- and infrared-light observations taken in 2011 by the Advanced Camera for Surveys and Wide Field Camera 3.
Credits: NASA, ESA, G. Caminha (University of Groningen), M. Meneghetti (Observatory of Astrophysics and Space Science of Bologna), P. Natarajan (Yale University), and the CLASH team.
Astronomers measured the amount of gravitational lensing caused by this cluster to produce a detailed map of the distribution of dark matter in it. Dark matter is the invisible glue that keeps stars bound together inside a galaxy and makes up the bulk of the matter in the Universe.
The Hubble image is a combination of visible- and infrared-light observations taken in 2011 by the Advanced Camera for Surveys and Wide Field Camera 3.
Credits: NASA, ESA, G. Caminha (University of Groningen), M. Meneghetti (Observatory of Astrophysics and Space Science of Bologna), P. Natarajan (Yale University), and the CLASH team.
Τα σμήνη γαλαξιών, οι πιο μαζικές και πρόσφατα συναρμολογημένες δομές στο Σύμπαν, είναι επίσης τα μεγαλύτερα αποθετήρια σκοτεινής ύλης. Οι συστάδες αποτελούνται από γαλαξίες μεμονωμένων μελών που συγκρατούνται σε μεγάλο βαθμό από τη βαρύτητα της σκοτεινής ύλης.
«Τα συμπλέγματα γαλαξιών είναι ιδανικά εργαστήρια για να μελετήσουν εάν οι αριθμητικές προσομοιώσεις του Σύμπαντος που είναι διαθέσιμες επί του παρόντος αναπαράγουν καλά αυτό που μπορούμε να συμπεράνουμε από το βαρυτικό φακό», δήλωσε ο Massimo Meneghetti του INAF-Observatory of Astrophysics and Space Science of Bologna στην Ιταλία, ο κύριος συγγραφέας της μελέτης.
This video begins with an image from the NASA/ESA Hubble Space Telescope of the massive galaxy cluster MACSJ 1206. Embedded within the cluster are the distorted images of distant background galaxies, seen as arcs and smeared features. These distortions are caused by the dark matter in the cluster, whose gravity bends and magnifies the light from faraway galaxies, an effect called gravitational lensing. This phenomenon allows astronomers to study remote galaxies that would otherwise be too faint to see.
Στη συνέχεια, το βίντεο δείχνει την εντύπωση ενός καλλιτέχνη για συγκεντρώσεις σκοτεινής ύλης μικρής κλίμακας (που παρουσιάζονται σε αυτό το βίντεο με μπλε χρώμα). Η σκοτεινή ύλη είναι η αόρατη κόλλα που κρατά τα αστέρια συνδεδεμένα μέσα σε έναν γαλαξία και αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος της ύλης στο Σύμπαν. Αυτά τα μπλε φωτοστέφανα αντικατοπτρίζουν τον τρόπο με τον οποίο διανέμεται η σκοτεινή ύλη του γαλαξιακού σμήνους, που αποκαλύπτεται από νέα αποτελέσματα από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble. Αυτό επιτεύχθηκε από μια ομάδα αστρονόμων μετρώντας το ύψος του βαρυτικού φακού.
σThis video shows an artist’s impression of the phenomenon of gravitational lensing.
Πίστωση: NASA, ESA, G. Caminha (Πανεπιστήμιο του Γκρόνινγκεν), M. Meneghetti (Παρατηρητήριο Αστροφυσικής και Διαστημικής Επιστήμης της Μπολόνια), P. Natarajan (Πανεπιστήμιο Yale), η ομάδα CLASH και M. Kornmesser (ESA / Hubble)
"Έχουμε κάνει πολλές δοκιμές των δεδομένων σε αυτήν τη μελέτη και είμαστε σίγουροι ότι αυτή η αναντιστοιχία δείχνει ότι λείπει κάποιο φυσικό συστατικό είτε από τις προσομοιώσεις είτε από την κατανόησή μας για τη φύση της σκοτεινής ύλης", πρόσθεσε ο Meneghetti.
"Υπάρχει ένα χαρακτηριστικό του πραγματικού Σύμπαντος που απλά δεν καταγράφουμε στα τρέχοντα θεωρητικά μας μοντέλα", πρόσθεσε ο Priyamvada Natarajan του Πανεπιστημίου Yale στο Κονέκτικατ των ΗΠΑ, ένας από τους ανώτερους θεωρητικούς της ομάδας. "Αυτό θα μπορούσε να σηματοδοτήσει ένα κενό στην τρέχουσα κατανόησή μας για τη φύση της σκοτεινής ύλης και τις ιδιότητές της, καθώς αυτά τα εξαιρετικά δεδομένα μας επέτρεψαν να διερευνήσουμε τη λεπτομερή κατανομή της σκοτεινής ύλης στις μικρότερες κλίμακες."
Credit: ESA/Hubble and M. Kornmesser
Η κατανομή της σκοτεινής ύλης σε συστάδες χαρτογραφείται μετρώντας την κάμψη του φωτός - το φαινόμενο βαρυτικού φακού - που παράγουν. Η βαρύτητα της σκοτεινής ύλης που συγκεντρώνεται σε συστάδες μεγεθύνει και στρεβλώνει φως από μακρινά αντικείμενα φόντου. Αυτό το εφέ δημιουργεί παραμορφώσεις στα σχήματα των γαλαξιών του φόντου που εμφανίζονται σε εικόνες των συστάδων. Ο βαρυτικός φακός μπορεί επίσης να παράγει πολλές εικόνες του ίδιου απομακρυσμένου γαλαξία.
Όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση της σκοτεινής ύλης σε ένα σύμπλεγμα, τόσο πιο δραματική είναι η ελαφριά κάμψη. Η παρουσία συσσωματωμάτων σκοτεινής ύλης μικρότερης κλίμακας που σχετίζονται με μεμονωμένους γαλαξίες συστάδων αυξάνει το επίπεδο των παραμορφώσεων. Κατά κάποιο τρόπο, το γαλαξιακό σύμπλεγμα λειτουργεί ως φακός μεγάλης κλίμακας που έχει ενσωματωμένους πολλούς μικρότερους φακούς.
This NASA/ESA Hubble Space Telescope image shows the massive galaxy cluster MACSJ 1206. Embedded within the cluster are the distorted images of distant background galaxies, seen as arcs and smeared features. These distortions are caused by the dark matter in the cluster, whose gravity bends and magnifies the light from faraway galaxies, an effect called gravitational lensing. This phenomenon allows astronomers to study remote galaxies that would otherwise be too faint to see.
Overlaid on the image are small-scale concentrations of dark matter (represented in this artist’s impression in blue). Dark matter is the invisible glue that keeps stars bound together inside a galaxy and makes up the bulk of the matter in the Universe. These blue halos reflect how the galaxy cluster’s dark matter is distributed, revealed by new results from the Hubble Space Telescope. This was accomplished by a team of astronomers by measuring the amount of gravitational lensing.
Credit: NASA, ESA, G. Caminha (University of Groningen), M. Meneghetti (Observatory of Astrophysics and Space Science of Bologna), P. Natarajan (Yale University), the CLASH team, and M. Kornmesser (ESA/Hubble)
Overlaid on the image are small-scale concentrations of dark matter (represented in this artist’s impression in blue). Dark matter is the invisible glue that keeps stars bound together inside a galaxy and makes up the bulk of the matter in the Universe. These blue halos reflect how the galaxy cluster’s dark matter is distributed, revealed by new results from the Hubble Space Telescope. This was accomplished by a team of astronomers by measuring the amount of gravitational lensing.
Credit: NASA, ESA, G. Caminha (University of Groningen), M. Meneghetti (Observatory of Astrophysics and Space Science of Bologna), P. Natarajan (Yale University), the CLASH team, and M. Kornmesser (ESA/Hubble)
Οι ευκρινείς εικόνες του Χαμπλ λήφθηκαν από το τηλεσκόπιο Wide Field Camera 3 και το Advanced Camera for Surveys. Σε συνδυασμό με φάσματα από το Μεγάλο Τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου (VLT), η ομάδα δημιούργησε έναν ακριβή χάρτη υψηλής πιστότητας και σκοτεινής ύλης. Μετρώντας τις παραμορφώσεις του φακού οι αστρονόμοι θα μπορούσαν να εντοπίσουν την ποσότητα και την κατανομή της σκοτεινής ύλης. Οι τρεις βασικοί σχηματισμοί γαλαξιών, MACS J1206.2-0847, MACS J0416.1-2403 και Abell S1063, ήταν μέρος δύο ερευνών Hubble: The Frontier Fields and the Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble (CLASH).
Προς έκπληξη της ομάδας, εκτός από τα δραματικά τόξα και τα επιμήκη χαρακτηριστικά των απομακρυσμένων γαλαξιών που παράγονται από το βαρυτικό φακό κάθε σμήνους, οι εικόνες του Χαμπλ αποκάλυψαν επίσης έναν απροσδόκητο αριθμό τόξων μικρότερης κλίμακας και παραμορφωμένων εικόνων που φωλιάστηκαν κοντά στον πυρήνα κάθε συμπλέγματος, όπου τα πιο μαζικά κατοικούν οι γαλαξίες. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι οι ένθετοι φακοί παράγονται από τη βαρύτητα των πυκνών συγκεντρώσεων της ύλης μέσα στους μεμονωμένους γαλαξίες σμήνους. Οι φασματοσκοπικές παρατηρήσεις παρακολούθησης μέτρησαν την ταχύτητα των αστεριών σε τροχιά γύρω από αρκετούς γαλαξίες σμήνους για να καρφώσουν τις μάζες τους.
This image from the NASA/ESA Hubble Space Telescope shows the galaxy cluster MACS J0416.1–2403. This is one of six being studied by the Hubble Frontier Fields program. This program seeks to analyze the mass distribution in these huge clusters and to use the gravitational lensing effect of these clusters, to peer even deeper into the distant Universe.
A team of researchers used almost 200 images of distant galaxies, whose light has been bent and magnified by this huge cluster, combined with the depth of Hubble data to measure the total mass of this cluster more precisely than ever before.
Credit: ESA/Hubble, NASA, HST Frontier Fields Acknowledgement: Mathilde Jauzac (Durham University, UK and Astrophysics & Cosmology Research Unit, South Africa) and Jean-Paul Kneib (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland)
A team of researchers used almost 200 images of distant galaxies, whose light has been bent and magnified by this huge cluster, combined with the depth of Hubble data to measure the total mass of this cluster more precisely than ever before.
Credit: ESA/Hubble, NASA, HST Frontier Fields Acknowledgement: Mathilde Jauzac (Durham University, UK and Astrophysics & Cosmology Research Unit, South Africa) and Jean-Paul Kneib (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland)
«Τα δεδομένα από το Χαμπλ και το VLT παρείχαν εξαιρετική συνέργεια», μοιράστηκε το μέλος της ομάδας Piero Rosati του Università degli Studi di Ferrara στην Ιταλία, ο οποίος ηγήθηκε της φασματοσκοπικής εκστρατείας. «Καταφέραμε να συνδέσουμε τους γαλαξίες με κάθε σμήνος και να εκτιμήσουμε τις αποστάσεις τους.»
«Η ταχύτητα των αστεριών μάς έδωσε μια εκτίμηση της μάζας κάθε μεμονωμένου γαλαξία, συμπεριλαμβανομένης της ποσότητας της σκοτεινής ύλης», πρόσθεσε το μέλος της ομάδας Pietro Bergamini του Παρατηρητηρίου Αστροφυσικής και Διαστημικής Επιστήμης της INAF στην Μπολόνια της Ιταλίας.
Συνδυάζοντας την απεικόνιση Hubble και τη φασματοσκοπία VLT, οι αστρονόμοι μπόρεσαν να εντοπίσουν δεκάδες γαλαξίες υποβάθρου πολλαπλών απεικονίσεων, με φακούς, φόντου. Αυτό τους επέτρεψε να συγκεντρώσουν έναν καλά βαθμονομημένο χάρτη υψηλής ανάλυσης της μαζικής κατανομής της σκοτεινής ύλης σε κάθε συστάδα.
Abell S1063, a galaxy cluster, was observed by the NASA/ESA Hubble Space Telescope as part of the Frontier Fields programme. The huge mass of the cluster acts as a cosmic magnifying glass and enlarges even more distant galaxies, so they become bright enough for Hubble to see. Credit: NASA, ESA, and J. Lotz (STScI)
Η ομάδα συνέκρινε τους χάρτες σκοτεινής ύλης με δείγματα προσομοιωμένων σμήνων γαλαξιών με παρόμοιες μάζες, που βρίσκονται περίπου στις ίδιες αποστάσεις. Οι συστάδες στο μοντέλο υπολογιστή δεν έδειξαν κανένα από το ίδιο επίπεδο συγκέντρωσης σκοτεινής ύλης στις μικρότερες κλίμακες - τις κλίμακες που σχετίζονται με μεμονωμένους γαλαξίες σμήνους.
«Τα αποτελέσματα αυτών των αναλύσεων καταδεικνύουν περαιτέρω πώς οι παρατηρήσεις και οι αριθμητικές προσομοιώσεις συμβαδίζουν», δήλωσε η μέλος της ομάδας Έλενα Ρίσια του Αστεροσκοπικού Παρατηρητηρίου της ΤΡΑΠΕΤΕ στην Ιταλία.
«Με προηγμένες κοσμολογικές προσομοιώσεις, μπορούμε να ταιριάξουμε με την ποιότητα των παρατηρήσεων που αναλύθηκαν στην εφημερίδα μας, επιτρέποντας λεπτομερείς συγκρίσεις όπως ποτέ άλλοτε», πρόσθεσε ο Stefano Borgani του Università degli Studi di Trieste, Ιταλία.
Οι αστρονόμοι, συμπεριλαμβανομένων εκείνων αυτής της ομάδας, ανυπομονούν να συνεχίσουν να διερευνούν τη σκοτεινή ύλη και τα μυστήρια της προκειμένου να εντοπίσουν τελικά τη φύση της.
Read Hubble’s Shocking Dark Matter Discovery: Observations Suggest a Missing Ingredient in Cosmic Recipe for more on this discovery.
Reference: “An excess of small-scale gravitational lenses observed in galaxy clusters” by Massimo Meneghetti, Guido Davoli, Pietro Bergamini, Piero Rosati, Priyamvada Natarajan, Carlo Giocoli, Gabriel B. Caminha, R. Benton Metcalf, Elena Rasia, Stefano Borgani, Francesco Calura, Claudio Grillo, Amata Mercurio and Eros Vanzella, 11 September 2020, Science.
DOI: 10.1126/science.aax5164
The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between ESA and NASA.
The international team of astronomers in this study consists of M. Meneghetti, G. Davoli, P. Bergamini, P. Rosati, P. Natarajan, C. Giocoli, G. B. Caminha, R. B. Metcalf, E. Rasia, S. Borgani, F. Calura, C. Grillo, A. Mercurio, and E. Vanzella.
