Kosmiczna pajęczyna

Abell 611 – gromada galaktyk trzymanych razem przez mroczną tajemnicę.

Obecnie uważa się, że wszystkie galaktyki i gromady galaktyk są zdominowane przez ciemną materię – nieuchwytną wielkość, której naturę astronomowie wciąż starają się określić. Abell 611, błyszcząca gromada galaktyk, ukazana na zdjęciu z Hubble’a, nie jest wyjątkiem. W rzeczywistości Abell 611 jest popularnym celem badań nad ciemną materią, po części ze względu na liczne przykłady silnego soczewkowania grawitacyjnego widocznego wśród zawiłej sieci galaktyk gromady.

Gromada galaktyk Abell 611 znajduje się w odległości 1000 megaparseków, czyli około 3,2 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Jak w przypadku wszystkich gromad galaktyk, dalsze istnienie Abell 611 stanowi zagadkę dla astronomów. W szczególności wydaje się, że w sieci szybko wirujących galaktyk składowych nie ma wystarczającej masy, aby zapobiec rozpadowi gromady. Jest to dobrze znany w astronomii problem z bardzo masywnymi strukturami, takimi jak galaktyki i gromady galaktyk – wydaje się, że nie zawierają one wystarczająco dużo masy, aby pozostać w całości. Co ciekawe, problem ten nie występuje w mniejszych skalach kosmicznych. Na przykład ruch planet wokół Słońca w Układzie Słonecznym można stosunkowo łatwo obliczyć na podstawie mas i lokalizacji planet i Słońca. Nie jest potrzebna dodatkowa masa, aby wyjaśnić integralność Układu Słonecznego lub innych układów gwiazda-planeta. Dlaczego więc ta intuicyjna zasada załamuje się w większych skalach?

Przeważająca teoria mówi, że Wszechświat zawiera ogromne ilości substancji znanej jako ciemna materia. Chociaż nazwa może brzmieć złowieszczo, „ciemna” odnosi się po prostu do faktu, że ta nieznana wielkość nie wydaje się oddziaływać ze światłem tak, jak robi to inna materia – ani nie emituje, ani nie odbija, ani nie pochłania żadnej części widma elektromagnetycznego. Ta ciemna własność sprawia, że ciemna materia jest niezwykle trudna do scharakteryzowania, choć postuluje się różne możliwości. Zasadniczo większość kandydatów na ciemną materię należy do jednej z dwóch kategorii: jakiś rodzaj cząstek, które istnieją w ogromnych ilościach we Wszechświecie, ale z jakiegoś powodu nie oddziałują ze światłem tak, jak inne cząstki; lub jakiś rodzaj masywnego obiektu, który również istnieje w ogromnych ilościach we Wszechświecie, ale nie nadaje się do wykrycia za pomocą obecnej technologii teleskopowej. Dwa z najbardziej kapryśnie nazwanych kandydatów na ciemną materię należą odpowiednio do pierwszej i drugiej kategorii. Słabo oddziałujące masywne cząstki (WIMP-y) są hipotetycznymi cząstkami subatomowymi, które nie oddziałują z fotonami – innymi słowy, nie oddziałują ze światłem. Masywne zwarte obiekty halo (MACHO) są hipotetycznym zbiorem bardzo masywnych obiektów zbudowanych (w przeciwieństwie do WIMP-ów) ze znanego nam już rodzaju materii, ale niezwykle trudnych do zaobserwowania, gdyż emitują tak mało światła. Pomimo ogromnych wysiłków nie udało się jednak znaleźć rozstrzygających dowodów na istnienie WIMP-ów, MACHO, ani żadnej innej formy ciemnej materii.

Jeżeli ciemna materia pozostaje uparcie niedefiniowalna, na szczęście jest łatwo mierzalna. W rzeczywistości gromady galaktyk takie jak Abell 611 są idealnymi laboratoriami do ilościowej oceny ciemnej materii, dzięki licznym dowodom na soczewkowanie grawitacyjne widocznym w gromadzie. Przykład soczewkowania jest prawdopodobnie najwyraźniej widoczny w centrum zdjęcia, na lewo od świecącego jądra gromady, gdzie można dostrzec zakrzywienie światła. Zakrzywienie to jest światłem pochodzącym z bardziej odległego źródła, które zostało zakrzywione i zniekształcone (lub „soczewkowane”) przez ogromną masę Abell 611. Stopień, w jakim światło zostało ugięte przez gromadę może być użyty do zmierzenia jej prawdziwej masy. Następnie można ją porównać z szacowaną masą uzyskaną z wszystkich widocznych składników gromady. Różnica między obliczoną masą a obserwowaną jest oszałamiająca. Obecnie astronomowie szacują, że około 85% materii we Wszechświecie to ciemna materia.

Nawet jeżeli tajemnica tego, co trzyma razem kosmiczną pajęczynę galaktyk w Abell 611 pozostaje nierozwiązana, nadal możemy cieszyć się tym obrazem i fascynującą nauką – zarówno dobrze ugruntowaną, jak i teoretyczną – mającą miejsce w nim.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
ESA

Vega

Na ilustracji: Gromada galaktyk Abell 611. Źródło: ESA/Hubble, NASA, P. Kelly, M. Postman, J. Richard, S. Allen.