Ciemna materia właśnie stała się jeszcze bardziej zagadkowa.
Ta niezidentyfikowana materia, która stanowi większość masy w kosmosie, jest niewidoczna, ale wykrywalna przez sposób, w jaki grawitacyjnie przyciąga obiekty takie jak gwiazdy. (SN: 11/25/19). Grawitacja ciemnej materii może również zginać światło podróżujące z odległych galaktyk na Ziemię – ale teraz niektóre z tej tajemniczej substancji wydają się zginać światło bardziej niż powinno. Zaskakująca liczba skupisk ciemnej materii w odległych gromadach galaktyk poważnie wypacza światło tła pochodzące od innych obiektów, donoszą naukowcy w Science z 11 września.
Odkrycie to sugeruje, że te skupiska ciemnej materii, w których osadzone są poszczególne galaktyki, są gęstsze niż się spodziewano. A to może oznaczać jedną z dwóch rzeczy: Albo symulacje komputerowe, których naukowcy używają do przewidywania zachowania gromad galaktyk są błędne, albo rozumienie ciemnej materii przez kosmologów jest.
Bardzo wysokie stężenia ciemnej materii mogą działać jak soczewka, która zagina światło i drastycznie zmienia wygląd galaktyk tła widzianych z Ziemi – rozciągając je w łuki lub rozdzielając na wiele obrazów tego samego obiektu na niebie. „To jest zupełnie fajne. To jak lustro w domu uciech” – mówi astrofizyk Priyamvada Natarajan z Uniwersytetu Yale.
Sądząc po symulacjach komputerowych gromad galaktyk, kępy ciemnej materii wokół pojedynczych galaktyk, które są wystarczająco gęste, by wywołać tak dramatyczne efekty soczewkowania grawitacyjnego, powinny być rzadkie (SN: 10/4/15). Na podstawie symulacji gromad przeprowadzonych przez Natarajana i kolegów, „spodziewalibyśmy się zobaczyć 1 zdarzenie [silnego soczewkowania] na każde 10 gromad lub tak”, mówi współautor badania Massimo Meneghetti, astrofizyk z Astrophysics and Space Science Observatory of Bologna we Włoszech.
Jednak obrazy z teleskopów opowiadały inną historię. Naukowcy wykorzystali obserwacje z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i Bardzo Dużego Teleskopu w Chile, aby zbadać 11 gromad galaktyk oddalonych od około 2,8 mld do 5,6 mld lat świetlnych. W tym zestawie zespół zidentyfikował 13 przypadków silnego soczewkowania grawitacyjnego przez kępy ciemnej materii wokół poszczególnych galaktyk. Obserwacje te wskazują, że w prawdziwych gromadach galaktyk jest więcej gęstych skupisk ciemnej materii niż w symulowanych, mówi Meneghetti.
Symulacje mogą pomijać pewną fizykę, która prowadzi do tego, że ciemna materia w gromadach galaktyk ściśle przylega do siebie, mówi Natarajan. „Albo … jest coś fundamentalnie błędnego w naszych założeniach dotyczących natury ciemnej materii,” mówi, jak na przykład pogląd, że grawitacja jest jedyną siłą przyciągającą, którą odczuwa ciemna materia.
Richard Ellis, kosmolog z University College London, który nie brał udziału w pracach, uważa, że sedno problemu tkwi raczej w symulacjach komputerowych niż w naturze ciemnej materii. „Gromada galaktyk to bardzo niebezpieczne miejsce. To jak Manhattan wszechświata” – mówi – zajęty galaktykami, które wirują obok siebie, zderzają się i ulegają rozdarciu. „Istnieje okropna fizyka, która pozwala przewidzieć, ile takich małych soczewek powinno się znaleźć”, mówi Ellis, więc nowy wynik „jest intrygujący, ale podejrzewam, że jest coś w symulacjach… co nie jest do końca poprawne”.
Przyszłe obserwacje z nadchodzącym teleskopem kosmicznym Euclid (SN: 11/14/17), Nancy Grace Roman Space Telescope i Vera C. Rubin Observatory (SN: 1/10/20) mogą pomóc wyjaśnić sprawy, mówi Bhuvnesh Jain, astrofizyk z University of Pennsylvania, który nie był zaangażowany w pracę. „Te trzy teleskopy dadzą niezwykle duże próbki gromad galaktyk” – mówi. To może doprowadzić do nowego zrozumienia fizyki w tych turbulentnych środowiskach i pomóc w ustaleniu, czy nierealistyczne symulacje są winne tej tajemnicy ciemnej materii.
