Pressmeddelande

Första tecken på den mörka materians inbördes växelverkan

Mörk materia kanske inte är helt mörkt trots allt

15 april 2015

För första gången kan mörk materia ha setts växelverka med annan mörk materia på ett annat sätt än via tyngdkraften. Observationer av kolliderande galaxer, gjorda med ESO:s Very Large Telescope och NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble, ger de första spännande tecknen på egenskaper hos denna mystiska beståndsdel av universum.

Astronomer använde instrumentet MUSE på ESO:s jätteteleskop VLT i Chile, tillsammans med bilder från Hubble i omloppsbana, för att studera galaxhopen Abell 3827 där/i vilken fyra galaxer kolliderar. Forskarna kunde spåra fördelningen i rymden hos systemets massa och jämföra den mörka materians fördelning med de lysande galaxernas lägen.

Trots att den mörka materian inte är synlig kunde teamet lista ut var den ligger tack vare en metod som kallas gravitationslinsning. Galaxkrocken råkade äga rum precis framför en mycket mer avlägsen och helt orelaterad ljuskälla. Massan hos den mörka materian som omger de kolliderande galaxerna förvränger rumtiden. Det avleder ljusstrålar som är på väg mot oss från den avlägsna galaxen i bakgrunden, och dessutom förvrängs den avlägsna galaxens bild så att den syns som flera karaktäristiska bågar.

Enligt dagens kunskap omges samtliga galaxer av klumpar av mörk materia. Utan förmågan hos den mörka materians gravitation att hålla ihop dem skulle galaxer som Vintergatan rivas sönder av sin egen rotation. För att detta inte ska ske måste 85 procent av universums massa [1] finnas som mörk materia. Ändå förblir denna materias sanna väsen ett mysterium.

I denna studie observerades de fyra kolliderande galaxerna och man upptäckte att en klump av mörk materia verkade halka efter galaxen som den omger. Den mörka materian ligger för närvarande 5000 ljusår (50 biljarder kilometer) bakom galaxen. Att färdas den sträckan ut från Vintergatan skulle ta NASA-sonden Voyager hela 90 miljoner år.

En sådan eftersläpning mellan den mörka materian och galaxen som den tillhör förväntas under galaxkollisioner om den mörka materian växelverkar, om än mycket lite, medelst andra krafter än gravitationen [2]. Tidigare har man inte funnit några tecken att den mörka materian växelverkar på annat sätt än med gravitationskraften.

Richard Massey, astronom vid Durhamuniversitetet i Storbritannien, förklarar:

– Tidigare trodde vi att den mörka materian bara låg omkring och skötte sig själv, förutom dess tyngdkraft. Men om den mörka materian skulle saktas ner under denna kollision skulle det kunna vara det första beviset på att spännande fysik sker i den mörka sektorn – det dolda universum som omger oss.

Enligt astronomerna behövs mer forskning om andra effekter som också skulle kunna ligga bakom eftersläpningen. Till det behövs både liknande observationer av fler galaxer samt datorsimuleringar av galaxkrockar.

Liliya Williams från Minnesotas universitet, USA, ingår också i forskarlaget.

– Vi vet att den mörka materian finns på grund av det sättet som det växelverkar gravitationellt och hur den formar universum. Men vi vet pinsamt lite om vad den mörka materian egentligen är. Vår observation tyder på att den mörka materian kan växelverka via/med andra krafter än gravitationen, vilket innebär att vi skulle kunna utesluta några nyckelteorier om vad mörk materia består av.

Forskningsresultatet kommer efter ett annat från samma team som observerade 72 kollisioner mellan galaxhopar [3] och upptäckte att den mörka materian växelverkar mycket lite med sig själv. Det aktuella arbetet handlar istället om enskilda galaxers rörelser snarare än om grupper av galaxer. Enligt forskare skulle kollisionen mellan dessa galaxer ha varat längre än krockarna som observerades i den tidigare studien. Därmed kunde till och med effekterna av en mycket liten friktion byggas upp över tiden för att skapa en eftersläpning som gick att/man kan mäta upp [4].

Tillsammans ringar dessa två forskningsresultat in den mörka materians beteende för första gången. Den mörka materian växelverkar mer än såhär, men mindre än såhär.

– Äntligen närmar vi oss den mörka materian från två håll, och stramar åt vår kunskap både nerifrån och ovanifrån, tillägger Massey.

Noter

[1] Astronomer har upptäckt att universums totala massa och energi är uppdelad enligt följande: 68 procent mörk energi, 27 procent mörk materia och 5 procent “vanlig” materia. Siffran 85 procent handlar om andelen “materia” som är mörk.

[2] Datorsimuleringar visar att den extra friktionen från kollisionen skulle få den mörka materian att sakta in. Vad det är för växelverkan är okänt. Den skulle kunna orsakas av välkända fenomen eller av någon exotisk, ännu okänd kraft. Allt som kan sägas just nu är att det inte är gravitationen.

Samtliga fyra galaxer kan också ha skiljts från sin mörka materia. Men mätningarna är mycket bra endast för en av galaxerna just därför att den råkar vara orienterad på ett fördelaktigt sätt relativt källan i bakgrunden. För de andra tre galaxer ligger de linsade bilderna längre bort, med följden att de berättar allt för lite om den mörka materians fördelning för att statistiskt säkra slutsatser kan dras.

[3] Galaxhopar kan innehålla uppemot ett tusen enskilda galaxer.

[4] Den största osäkerheten är hur länge kollisionen pågått. Friktionen som har saktat ner den mörka materian skulle kunna ha varit en mycket svag kraft som verkade under omkring en miljard år, eller så var den en relativt starkare kraft som verkade “bara” i 100 miljoner år.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i artikeln “The behaviour of dark matter associated with 4 bright cluster galaxies located in the 10 kpc core of Abell 3827” som publiceras i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society den 15 april 2015.

Forskargruppen består av R. Massey (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, Storbritannien), L. Williams (School of Physics & Astronomy, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota, USA), R. Smit (Institute for Computational Cosmology, , Storbritannien), M. Swinbank (Institute for Computational Cosmology, Storbritannien), T. D. Kitching (Mullard Space Science Laboratory, University College London, Dorking, Surrey, Storbritannien), D. Harvey (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Observatoire de Sauverny, Versoix, Schweiz), H. Israel (Institute for Computational Cosmology, , Storbritannien), M. Jauzac (Institute for Computational Cosmology, , Storbritannien; Astrophysics and Cosmology Research Unit, School of Mathematical Sciences, University of KwaZulu-Natal, Durban, Sydafrika), D. Clowe (Department of Physics and Astronomy, Ohio University, Athens, Ohio, USA), A. Edge (Department of Physics, Durham University, Durham, Storbritannien), M. Hilton (Astrophysics and Cosmology Research Unit, Sydafrika), E. Jullo (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Université d’Aix-Marseille, Marseille, Frankrike), A. Leonard (University College London, London, Storbritannien), J. Liesenborgs (Observatoire de Lyon, Université Lyon, Saint Genis Laval, Frankrike), J. Merten (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, California, USA; California Institute of Technology, Pasadena, California, USA), I. Mohammed (Physik-Institüt, University of Zürich, Zürich, Schweiz), D. Nagai (Department of Physics, Yale University, New Haven, Connecticut, USA), J. Richard (Observatoire de Lyon, Université Lyon, Saint Genis Laval, Frankrike), A. Robertson (Institute for Computational Cosmology, Storbritannien), P. Saha (Physik-Institüt, Schweiz), J. Stott (Department of Physics, Durham, Storbritannien) och E. Tittley (Royal Observatory, Edinburgh, Storbritannien).

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 16 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop. VISTA arbetar i infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop och VST (VLT Survey Telescope) är det största teleskopet som konstruerats enbart för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO är en huvudpartner i ALMA, världens hittills största astronomiska projekt. Och på Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO det europeiska extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

●       Forskningsartikeln

●       Foton på VLT

Kontakter

Richard Massey
Institute for Computational Cosmology
Durham University, United Kingdom
Tel: +44 (0) 7740 648080
E-post: r.j.massey@durham.ac.uk

Richard Hook
ESO, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1514 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.