Komunikat prasowy

Czyżby poważny cios dla teorii o ciemnej materii?

Nowe badania wskazują na tajemniczy brak ciemnej materii w bliskim otoczeniu Słońca

18 kwietnia 2012

Najdokładniejsze jak dotąd badania ruchów gwiazd w Drodze Mlecznej nie znalazły dowodów na istnienie ciemnej materii w przestrzeni wokół Słońca. Zgodnie z powszechnie akceptowanymi teoriami, najbliższe sąsiedztwo Słońca powinno być wypełnione ciemną materią - tajemniczą, niewidzialną substancją, którą można wykryć jedynie dzięki grawitacyjnemu oddziaływaniu, które wywiera. Jednak nowe badania, przeprowadzone przez zespół astronomów w Chile, wskazują, że teorie te nie przystają do faktów obserwacyjnych. Może to oznaczać, że próby bezpośredniego wykrycia na Ziemi cząstek ciemnej materii mają niewielką szansę na sukces.

Zespół naukowców korzystał z 2,2-metrowego teleskopu MPG/ESO w Obserwatorium ESO La Silla oraz z innych teleskopów w celu zbadania ruchów ponad 400 gwiazd w odległości do 13 000 lat świetlnych od Słońca. Z nowych danych obliczono masę materii w sąsiedztwie Słońca w objętości czterokrotnie większej niż analizowana we wcześniejszych badaniach.

„Masa, którą ustaliliśmy, bardzo dobrze pasuje do tego, co widzimy – gwiazd, pyłu i gazu – w obszarze wokół Słońca” mówi kierownik zespołu Christian Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile). „Ale nie pozostawia to miejsca na dodatkową materię – ciemną materię – której się spodziewaliśmy. Nasze obliczenia pokazują, że powinna być wyraźnie widoczna w pomiarach. Ale po prostu jej tam nie ma!”

Ciemna materia jest tajemniczą substancją, której nie widać, ale która ujawnia się poprzez grawitacyjne oddziaływanie z materią wokół. Ten dodatkowy składnik kosmosu został początkowo zaproponowany dla wyjaśnienia dlaczego zewnętrzne części galaktyk, w tym naszej Drogi Mlecznej, obracają się tak szybko. Obecnie ciemna materia stanowi podstawowy element teorii dotyczących formowania i ewolucji galaktyk.

Dzisiaj powszechnie akceptowanym poglądem jest to, że ciemny składnik odpowiada za około 80% masy we Wszechświecie [1], pomimo iż jak do tej pory, przetrwał wszystkie próby wyjaśnienia jego natury, pozostając zagadką. Wszelkie próby wykrycia ciemnej materii przeprowadzone do tej pory w laboratoriach na Ziemi zakończyły się bez sukcesu.

Starannie mierząc ruchy wielu gwiazd, w szczególności tych położonych daleko od płaszczyzny Drogi Mlecznej, naukowcy mogli wywnioskować ilość istniejącej materii [2]. Ruchy są wynikiem wzajemnego oddziaływania grawitacyjnego całej materii – normalnej, takiej jak gwiazdy oraz ciemnej materii.

Istniejące modele astronomiczne formowania galaktyk i ich rotacji sugerują, że Droga Mleczna jest otoczona przez halo ciemnej materii. Nie są w stanie precyzyjnie określić kształtu halo, ale wskazują na istnienie znaczących ilości ciemnej materii w obszarze wokół Słońca. Jedynie bardzo mało prawdopodobny kształt halo ciemnej materii – na przykład bardzo wydłużony – może uzasadnić brak ciemnej materii odkryty w nowych badaniach [3].

Nowe rezultaty oznaczają także, że próby wykrycia ciemnej materii na Ziemi poprzez śledzenie interakcji pomiędzy cząstkami ciemnej materii, a “normalną” materią, mają bardzo małą szansę na sukces.

“Pomimo nowych wyników Droga Mleczna z pewnością rotuje znacznie szybciej niż może to powodować sama tylko widzialna materia. Zatem jeśli ciemna materia nie jest obecna tam, gdzie się jej spodziewaliśmy, trzeba znaleźć nowe rozwiązanie problemu brakującej masy. Nasze wyniki zaprzeczają obecnie akceptowanym modelom. Tajemnica ciemnej materii stała się jeszcze bardziej ciekawa. Przyszłe przeglądy, takie jak misja ESA Gaia, będą kluczem do dalszych badań.” podsumowuje Christian Moni Bidin.

Uwagi

[1] Zgodnie z obecnymi teoriami, ciemna materia powinna stanowić 83% materii we Wszechświecie, a pozostałe 17% to zwykła forma materii. Wydaje się, że we Wszechświecie istnieje jeszcze znacznie większa ilość ciemnej energii, ale naukowcy nie sądzą, aby wpływała ona na ruch gwiazd w Drodze Mlecznej.

[2] Obserwacje wykonano za pomocą spektrografu FEROS na 2,2-metrowym teleskopie MPG/ESO, instrumentu Coralie na 1,2-metrowym Teleskopie Leonharda Eulera, instrumentem MIKE na Teleskopie Magellana II oraz Spektrografem Echelle na Teleskopie Irene du Pont. Dwa pierwsze teleskopy znajdują się w Obserwatorium ESO La Silla, a pozostałe w Obserwatorium Las Campanas – w obu przypadkach na terytorium Chile. W pracy uwzględniono łącznie ponad 400 czerwonych olbrzymów, znajdujących się w różnych odległościach od płaszczyzny Galaktyki, w kierunku południowego bieguna Galaktyki.

[3] Teorie przewidują, że średnia ilość ciemnej materii w części Galaktyki, w której znajduje się Słońce, powinna mieścić się w przedziale 0,4-1,0 kilograma w objętości o rozmiarach Ziemi. Nowe pomiary wskazują na istnienie 0.00±0.07 kilograma ciemnej materii w objętości o rozmiarach Ziemi.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule “Kinematical and chemical vertical structure of the Galactic thick disk II. A lack of dark matter in the solar neighborhood”, Moni-Bidin et al., który ukaże się w The Astrophysical Journal.

Skład zespołu badawczego: C. Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile), G. Carraro (Europejskie Obserwatorium Południowe, Santiago, Chile), R. A. Méndez (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago, Chile) oraz R. Smith (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile).

W roku 2012 mija 50. rocznica utworzenia Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO). ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Jest wspierane przez 15 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada Bardzo Duży Teleskop (Very Large Telescope), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest europejskim partnerem dla rewolucyjnego teleskopu ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. ESO planuje obecnie 40-metrowej klasy Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope - E-ELT), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Publikacja naukowa.
• Zdjęcia 2,2-metrowego teleskopu MPG/ESO.
• Zdjęcia 1,2-metrowego Teleskopu Leonharda Eulera.

Kontakt

Christian Moni Bidin
Universidad de Concepción
Concepción, Chile
Tel.: +56 9 9210 3235
E-mail: cmbidin@astro-udec.cl

Giovanni Carraro
ESO
Santiago, Chile
E-mail: gcarraro@eso.org

René A. Méndez
Department of Astronomy, University of Chile
Santiago, Chile
E-mail: rmendez@u.uchile.cl

Rory Smith
Universidad de Concepción
Concepción, Chile
E-mail: rsmith@astro-udec.cl

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6655
Tel. kom.: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych