Kilka słów o galaktykach

Paź 8, 2015

Kilka słów o galaktykach

Zespół astronomów, kierowany przez M.J. Jee i H. Forda, z Uniwersytetu Johna Hopkinsa w Baltimo-re, opublikował wyniki obserwacji gromady galaktyk CL0024+17. Przeprowadzone przy użyciu Kosmicznego Teleskopu Hubble’a badania dowiodły, że w gromadzie tej występuje ogromny pierścień, o średnicy 2,6 mln lat świetlnych, złożony z ciemnej materii. Jest to pierwsza tego typu obserwacja, w której rozkład ciemnej materii jest inny niż sferyczne halo wokół galaktyki czy gromady. Ciemna materia, złożona z nieznanych, hipotetycznych cząstek oddziałujących z resztą materii jedynie poprzez oddziaływania grawitacyjne i jądrowe słabe, stanowi około jednej czwartej całej masy energii wypełniającej Wszechświat. Jej obecność przejawia się we wpływie wytwarzanego przez nią pola grawitacyjnego na ruch gwiazd i obłoków gazu w galaktykach oraz całych galaktyk w gromadach. Także promienie świetlne uginane są w polu grawitacyjny tej niewidocznej, tajemniczej materii. Czasami prowadzi to do zjawiska soczewkowania grawitacyjnego,w którym powstają wielokrotne obrazy tych samych obiektów, znajdujących się w tle. Ponieważ cząstki te bardzo słabo oddziałują z innymi rodzajami materii, a także same z sobą, nie mogąc wyświecić własnej energii kinetycznej, tworzą wokół galaktyk i gromad niemal sferyczne halo. Tak przynajmniej było we wszystkich obserwowanych dotychczas przypadkach. Dokładne obserwacje gromady CL0024+17, położonej około 5 mld lat świetlnych od Ziemi, wykazały jednak, że ciemna materia, a przynajmniej jej część tworzy ogromny pierścień wokół centrum tej gromady. Początkowo astronomowie przypuszczali, że widoczny na opracowywanych w komputerach obrazach pierścień jest artefaktem metody analizy obrazu. Szybko jednak przekonano się, że pierścień ten istnieje naprawdę.

Analiza zniekształceń dalekich obiektów

Metodą często dziś stosowaną przy odtwarzaniu rozkładu materii w badanym obiekcie jest analiza zniekształceń obrazów odległych obiektów, wywoływana przez pole grawitacyjne ciemnej, nieświecącej materii. Samej ciemnej materii nie widać, ale widać,jak jest rozłożona, bo widać, jak wpływa na światło, które przechodzi przez tę część przestrzeni, w której ciemna materia jest rozłożona. To tak, jakbyśmy wnioskowali o kształcie, rodzaju szkła i grubości soczewki, której nie widzimy, bo jest zupełnie przezroczysta, ale która wpływa na jasność, powiększenie zniekształcenie tych obiektów, które oglądamy. W jaki sposób mógł powstać taki rozkład ciemnej materii? Astronomowie znali już wcześniej podobne struktury w galaktykach czy gromadach galaktyk, ale obserwowane w rozkładzie zwyczajnej, świecącej materii. Dla astronomów pojawienie się takich struktur oznacza zwykle, że układ powstał w przeszłości w wyniku zderzenia dwóch innych obiektów – galaktyk czy gromad. W przypadku gromady CL0024+17 już wcześniej podejrzewano, że gromada ta powstała w wyniku zderzenia dwóch gromad galaktyk, które miało miejsce ok. 1–2 mld lat temu. W wyniku takiego zderzenia nie dochodzi do spektakularnych wybuchów, towarzyszących zderzeniom gwiazd. Gwiazdy są zbyt małe w porównaniu z odległościami pomiędzy nimi, by dochodziło do takich katastrof. Także galaktyki nie muszą się ze sobą zderzać (a przynajmniej nie wszystkie) w trakcie zderzeń gromad galaktyk. W takim zdarzeniu powstają jednak ogromne fale gęstości, które przesuwają materię, zmieniają jej rozkład i powodują powstawanie nowych, nieobserwowanych wcześniej struktur. Pole grawitacyjne jednej gromady działa w trakcie zderzenia na materię w drugiej i odwrotnie.

Planety a czarna materia

Grawitacja a galaktyki

Zmienia to ułożenie galaktyk i gazu w gromadach, ale także ciemnej materii – ta przecież jest podatna na działanie grawitacji i sama taki wpływ wywołuje. W przypadku zderzenia dwóch gromad, z których powstała CL0024+17, gromady zderzały się niemal dokładnie w kierunku, w którym obserwujemy je z Ziemi. Pole grawitacyjne zderzających się gromad wywołało efekt, który trochę przypomina fale powstające na powierzchni wody, po wrzuceniu do stawu kamienia. W wyniku, ciemna materia została tak przemieszczona przez pole grawitacyjne, że większość jej obserwujemy jako gruby pierścień wokół nowo powstałego układu. W pierścieniu tym skupiona jest wielka masa i działa on jako soczewka grawitacyjna, zmieniając obserwowane kształty galaktyk, widocznych poprzez ten pierścień. To właśnie na tej podstawie astronomowie mogli ustalić, że rozkład ciemnej materii ma taki niezwykły kształt. Wcześniej obserwacje innego zderzenia gromad galaktyk, w Gromadzie Pocisk (Bullet Cluster), przeprowadzone przy użyciu Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i satelity rentgenowskiego Chandra, ujawniły niesferyczny rozkład ciemnej materii. W tym jednak przypadku halo ciemnej materii otaczały nadal dwie gromady galaktyk, które w zderzeniu „przeszyły” jedna druga i przeleciały na wylot. Każde z halo nadal otaczało niemal sferycznie macierzystą gromadę i rozkład materii odpowiadał rozkładowi galaktyk, choć nie rozkładowi gazu. Innym przykładem niezwykłych rozkładów materii, powstających w wyniku działania grawitacji w zderzających się galaktykach, jest galaktyka „Koło Wozu”, powstała w wyniku przejścia przez centrum galaktyki spiralnej małej galaktyki eliptycznej, do dziś widocznej tuż obok. Takie zderzenia galaktyk były kiedyś częste i odegrały rolę stymulującą w procesie powstawania gwiazd. Przyspieszało to chemiczną ewolucję galaktyk – powstawanie ciężkich pierwiastków.

Ciemna materia – co zobaczymy w przyszłości?

Zapewne takim procesom zawdzięczamy nasze istnienie. Natura ciemnej materii wciąż stanowi, obok ciemnej energii, jedną z największych zagadek w astrofizyce i fizyce. Dotychczas mieliśmy bardzo niewiele obserwacji, na podstawie których moglibyśmy wydedukować, jakie własności muszą mieć cząstki ją tworzące. Obserwacje utworzonego ok. 1–2 mld lat temu grubego pierścienia, jego stabilność (to, że nie uległ rozmyciu, rozerwaniu, zapadnięciu się itp.) stanowić będą bardzo ważną informację. Sprawią, że niektóre rodzaje cząstek czy obiektów, wciąż rozważanych jako kandydaci na ciemną materię, zostaną wyeliminowane. Być może dzięki takim obserwacjom, jak CL0024+17, już niedługo rozwiążemy jedną z największych zagadek nauki: czym jest ciemna energia.


Zobacz więcej naszych tekstów: http://www.ifix24.pl/historyczny-boj-unixa/

Polecane:

Podziel się: