От какво е направена Вселената? Не се притеснявайте, ако нямате представа, астрономите не го правят и двамата. Джеймс Джей от университета Джон Хопкинс използва космическия телескоп Хъбъл, за да създаде подробна карта на концентрациите на тъмната материя около две галактики. А астрономите просто получиха някои улики.
Чуйте интервюто: Картите на тъмната материя (5 MB)
Или се абонирайте за Podcast: Абонирайте се
Фрейзър Кейн: Чухме понятието тъмна материя доста. Можете ли да ни дадете сегашното разбиране за това какво е тъмна материя?
Д-р Джеймс Джей: Преди да говоря за тъмна материя, трябва да спомена какви астрономи сега вярват как Вселената е влязла в това, което е днес. Ние вярваме, че 30% от Вселената е материя, а останалите 70% са тъмна енергия, а тъмната материя съдържа повече от 90% от материята във Вселената. Никой не е открил тъмна материя в лабораториите, така че не знаят формата, цвета или миризмата му, но има доказателства, че е там. Можем да го открием по така нареченото гравитационно лещиране.
Фрейзър: Затова наскоро извършихте проучване, използвайки космическия телескоп Хъбъл, за да картографирате концентрацията на тъмната материя. Какъв беше процесът за това?
Д-р Дже: Тъмната материя съдържа, както казах, 90% от материята във Вселената и най-доброто място за търсене на тъмна материя е там, където тя изобилства най-много. Така че насочихме космическия телескоп Хъбъл към два от най-интересните галактически клъстери, образуващи се, когато Вселената е била половината от сегашната си възраст.
Фрейзър: И какво видя?
Д-р Дже: Ние изследвахме спектралното разпределение на фоновите галактики. Изследвайки изкривяването на тези фонови галактики, успяхме да определим плътността на тъмната материя на преден план.
Фрейзър: Нека да видя дали разбирам правилно това. Гледахте далечни галактики и виждайки начина, по който светлината се променя, когато се приближаваше към нас, вие успяхте да откриете къде има скрити буци материя, които я влияят гравитационно.
Д-р Джей: Точно така. Може би това е добра аналогия. Да предположим, че четете новина с помощта на лупа, можете да заключите каква мощност или дебелина на лещите, като проучите колко буквите изглеждат по-големи през лупата. По същия начин, ако погледнете изкривяването или увеличението на фоновите галактики, можете да определите плътността на неуловимата тъмна материя на преден план.
Фрейзър: И тогава каква е връзката между тъмната материя и галактиките, които можем да видим?
Д-р Дже: Това е доминиращата материя във Вселената и има гравитация. Без тъмна материя е много трудно да се образуват галактики с мащабните структури, които виждаме в днешната Вселена. Така че определено тъмната материя помага за образуването на галактики в структурата на големи мащаби.
Фрейзър: Възможно ли е тогава, когато някога тъмната материя се струпва, там е вероятно да видим галактики?
Д-р Дже: Да, това е основно това, което открихме в нашето изследване. Хората спекулират, че тъмната материя е частици без сблъсък и тъмната материя и нормалната материя трябва да съществуват заедно. Но никой не успя да определи това много ясно, тъй като тъмната материя не излъчва никакви електромагнитни вълни. Това, което открихме с помощта на Хъбъл, е, че светещите галактики се образуват в най-плътните области на ореолите на тъмната материя.
Фрейзър: Ако знаем, че се случва този вид сплъстяване - двамата сякаш вървят ръка за ръка - позволява ли ви да изхвърлите някакви съществуващи теории за това, което може да е тази тъмна материя?
Д-р Дже: Да, това ни дава много улики. Повечето хора вярват, че тъмната материя е без колизия, но някои предполагат, че те могат да имат някои сблъскащи свойства като водороден газ. Начинът, по който тъмната материя се струпва заедно, ни дава намеци за това какво е тъмната материя. Да предположим, че тъмната материя има свойства на сблъсък, като водородния атом, тогава те се сблъскват помежду си много често и ще видим много плавно разпределение на ореола на тъмната материя. Но ние открихме, че тези структури са много тромави, като масата на самата галактика. Това показва, че частиците от тъмната материя, ако има такива, ще бъдат частици без сблъсък, както повечето теории казват в днешната астрономия.
Фрейзър: О, разбирам, че действителните частици, които биха могли да причинят тази тъмна материя, са или толкова малки, или толкова слабо взаимодействащи, че дори не се обединяват заедно. И ако те се събраха заедно, всъщност ще видите по-равномерно пръскане на дистрибуцията. И така, въз основа на направените от вас открития, какъв би бил следващият етап от вашето изследване?
Д-р Джей: Програмата Advanced Camera for Surveys обхваща повече от 15 галактически клъстера, които са много много интересни. Това са само първите два резултата. Вярваме, че ако попълним нашите 15 галактически клъстера за изследването, тогава ще имаме по-ясна картина как взаимодействат тъмната и нормалната материя, вероятно чрез гравитацията заедно. И може да имаме по-ясна представа как тъмната материя допринася за формирането на мащабната структура на Вселената.
Фрейзър: И въз основа на изследванията, които сте направили досега, имате ли теория за домашни любимци за това, което може да бъде тъмната материя?
Д-р Джей: Е, ако отидете на уебсайта Astro-ph, това е уебсайтът, в който хората качват различни научно-изследователски доклади и има 10 или 15 доклада на ден. И има много спекулации за това, които са много привлекателни и правдоподобни. Но предполагам, че на природата на тъмната материя може да се отговори след 10 или 15 години, но все още търсим. Нашето изследване дава безпрецедентна резолюция на тъмната материя, която може да направи разлика между колизионни и безблъскани частици.
Фрейзър: А има ли други инструменти освен Хъбъл, които могат да свършат тази работа?
Д-р Джей: Можем да направим гравитационните лещи с помощта на наземните телескопи. Всъщност през 1990 г. хората за първи път откриват тъмната материя с помощта на гравитационно лещиране. Но когато правите гравитационните лещи с помощта на наземен телескоп, разделителната способност е толкова лоша. С други думи, атмосферната турбуленция ще размаже гравитационното лещиране, така че да не можем да видим много висококачествено изображение на тъмната материя. Но ако използваме телескопа в космоса, той не замъглява формата на фоновото изображение, така че запазвате сигнала за гравитационно обективиране. Можем да измислим изображение с много висока резолюция на разпределението на тъмната материя.
Фрейзър: И по-голям инструмент би ви дал по-добра картина.
Д-р Дже: Определено. Следващият телескоп е JWST (James Webb Space Telescope), който ефективно ще увеличи разрешаването на значението на тъмната материя с коефициент 10 или повече.
Фрейзър. Мислите ли, че ще видите нещо значително по-различно с 10x резолюцията?
Д-р Джей: Глобалната форма на разпределение на тъмната материя няма да се промени много, но в този случай може да успеем да сравним структурата на тъмната материя по отношение на галактиките. В този случай може да бъдем в състояние да отговорим дали частиците на тъмната материя имат някои колизионни свойства. В началото казах, че това, което открих, съответства на хипотезата без колизия. Но имаше някои предположения, че частиците от тъмна материя могат да имат някои много малки колизионни свойства. Така че бихме могли да определим компенсирането между тъмната материя и материята на галактиката. Това ви дава много възможни ограничения върху колизионните напречни сечения между нормални и тъмни частици.
Това изследване е отчетено в сп. Space Magazine на 13 декември 2005 г.
