Små mængder mørkt stof skaber meget stærkere gravitationsforvrængninger end nogen forventede at se
Mørkt stof er svært for astronomer at studere, men det afholder dem ikke fra at prøve. Og med dygtighed og beslutsomhed fortsætter de med at finde spændende ting om de usynlige ting.
Fordi mørkt stof ikke udsender eller absorberer lys, er der kun få måder at bestemme, hvordan mørkt stof er fordelt i hele kosmos. En måde er at se på grupperingen af galakser i superhobe. Tanken er, at da mørkt stof udøver en tyngdekraft på nærliggende stof, vil galakser have en tendens til at være der, hvor mørkt stof er størst. Den klynge, vi observerer, er i generel enighed med mørkt stof-modeller.
En anden måde at studere mørkt stof på er at se, hvordan det får lys til at bøje. Lys ses ofte for at linse gravitation omkring galakser og galaksehobe. Ved at måle, hvor linsen af lys finder sted, kan vi få en nogenlunde idé om, hvordan mørkt stof er klynget. Ud fra dette tror vi, at mørkt stof har en tendens til at være det bredt fordelt i galaksehobe. Men en ny undersøgelse af gravitationslinser har givet os et par overraskelser.
Superhoben MACS J1206 set med linse nær individuelle galakser. Kredit: NASA, ESA, P. Natarajan, G. Caminha, M. Meneghetti og CLASH-VLT/Zooming-holdene
For nylig brugte et hold observationer fra Hubble-rumteleskopet og Very Large Telescope. Ved at kombinere data var de i stand til at lave gravitationslinsekort i høj opløsning over nogle få galaksehobe. De fandt de overordnede linseeffekter, vi har set før, men de fandt også stærke linseeffekter omkring flere individuelle galakser i hobene.
Dette betyder, at mørkt stof skal være tæt klynget i individuelle galakser, da kun tæt mørkt stof kan skabe en stærk gravitationslinse. Med andre ord ser mørkt stof ud til at klumpe sig meget stærkere, end vi har troet.
Vi er ikke helt sikre på, hvorfor denne stærke klyngning af mørkt stof opstår, men det udelukker nogle teorier om mørkt stof. Vi har for eksempel vidst, at mørkt stof for det meste skal være 'koldt', hvilket betyder, at individuelle mørkt stofpartikler ikke kan bevæge sig gennem rummet med høje hastigheder. Dette er en af grundene til, at vi ved, at neutrinoer ikke kan udgøre mørkt stof. Mens neutrinoer ikke interagerer stærkt med lys og derfor er en form for 'mørkt' stof, er neutrinoer 'varme', fordi de bevæger sig med en stor brøkdel af lysets hastighed. Varmt mørkt stof danner ikke den type klumper, vi ser i mørkt stof.
For at danne den slags tætte klumper, der ses i dette nye resultat, skal i det mindste noget mørkt stof være ret koldt. Det store spørgsmål er, hvordan det kunne blive så koldt. En idé er, at mørkt stof interagerer med sig selv. Når mørkt stof er klumpet sammen af tyngdekraften, kan mørkt stof partikler kollidere på en måde, der frigiver energi og dermed afkøle mørkt stof. Vi ser denne form for afkøling i almindeligt stof, men almindeligt stof gør dette ved at frigive lysenergi.
Nogle teorier om mørkt stof foreslår en form for mørkt stof, der også kan frigive lys, når det interagerer. Men indtil videre er undersøgelser, der har søgt efter et sådant udsendt lys, kommet tomme.
Som mange undersøgelser af mørkt stof, besvarer og rejser dette nye arbejde både spørgsmål om mørkt stof. Holdet håber, at fremtidige undersøgelser yderligere vil indsnævre rækken af mulige teorier, men vi forbliver lidt i mørke indtil da.
Reference:Massimo Meneghetti, et al. ' Et overskud af små gravitationslinser observeret i galaksehobe .'VidenskabFlyvningen. 369, nr. 6509, (2020).