Vedci uskutočnili za pomoci Hubblovho vesmírneho teleskopu a teórie všeobecnej relativity nové pozorovania, ktoré by mohli viesť k potvrdeniu jednej z vedúcich teórií o existencii temnej hmoty.

Nová technika pozorovania za pomoci Hubblovho vesmírneho teleskopu v spojení so všeobecnou teóriou relativity odhalila prítomnosť relatívne malých zhlukov temnej hmoty. Ide o malé zhluky, ktorých hmotnosť sa odhaduje na úrovni 100 000-krát menšej ako temná hmota Mliečnej dráhy. Ako informuje portál Science Alert, takéto zhluky boli pozorované vôbec po prvýkrát.

Čo je to vlastne temná hmota?

V skutočnosti presne nevieme, čo temná hmota je, pretože ju nevieme priamo detegovať. Čo ale vieme, je fakt, že vesmír sa nechová úplne tak, ako by mal, ak aplikujeme našu súčasnú fyziku na to, čo môžeme priamo pozorovať. Hviezdy vo vonkajších okrajoch galaxií sa napríklad pohybujú rýchlejšie ako by mali. Práve tento pohyb naznačuje vplyv akejsi neviditeľnej hmoty.

Túto hmotu nazývame „temná hmota“ a existuje niekoľko hypotéz, ako vo vesmíre funguje. Jedna z hypotéz hovorí o takzvanej „horúcej temnej hmote“, pričom pojem „horúca“ znamená, že častice sa pohybujú blízko rýchlosti svetla. Naopak hypotéza „studenej temnej hmoty“ predstavuje častice pohybujúce sa blízko relatívnej rýchlosti.

Zobraziť celú galériu (3)

Prstenec temnej hmoty v kope galaxií CL0024+17. Zdroj: Wikipedia

Z hľadiska pozorovania je pre nás jednoduchšie odhaliť studenú temnú hmotu, pretože sa predpokladá, že pomaly sa pohybujúce častice by mali vytvárať zhluky. Naopak rýchlo sa pohybujúce častice horúcej temnej hmoty by zhluky kvôli svojej rýchlosti vytvárať nemali. Detegovať ale tieto zhluky nie je také jednoduché a astronómovia ich prítomnosť musia pozorovať nepriamo.

Astronómovia detegujú prítomnosť temnej hmoty na základe gravitačného vplyvu, ktorý je pozorovateľný v okolí hmoty, ako sú napríklad hviezdy pohybujúce sa rýchlo na okrajoch galaxií. Ďalším spôsobom pozorovania temnej hmoty je svetlo, nakoľko to rovnako ovplyvňuje gravitácia. Ak je medzi zdrojom svetla a pozorovateľom dostatočné masívny objekt, dráha svetla sa ohýba a vytvoria sa viaceré obrazy zdroja.

Zobraziť celú galériu (3)

Einsteinov kríž zachytený Hubblovým teleskopom. Zdroj: Wikipedia

Tento efekt sa tiež nazýva „gravitačná šošovka“ a jedná sa o účinok, ktorý predpokladá Einsteinova všeobecná teória relativity. V zriedkavých prípadoch sú dotknuté objekty zoradené tak, že okolo objektívu sa vytvárajú štyri zdeformované obrazy. V tomto prípade sa jedná o takzvaný Einsteinov kríž.

Čo má toto všetko spoločné so studenou temnou hmotou?

Z vyššie uvedených predpokladov vyplýva, že gravitačný vplyv malých zhlukov temnej hmoty by mal byť teoreticky pozorovateľný v rozdieloch zistených na každom zo snímkov zdroja svetla v pozadí, ktoré sa ohýba okolo šošovky.

Tím vedcov teda použil Hubblov vesmírny teleskop na štúdium ôsmich Einsteinových krížových kvazarov, respektíve extrémne jasných galaxií poháňaných superhmotnými čiernymi dierami.

„Predstavte si, že každá z týchto ôsmich galaxií je obrovské zväčšovacie sklo. Malé zhluky temnej hmoty pôsobia ako malé praskliny na lupe a menia jas a polohu štyroch obrazov kvazarov v porovnaní s tým, čo by ste očakávali, keby sklo bolo hladké,“ uviedol astrofyzik UCLA Daniel Gilman.

Vedci teda zmerali, ako je svetlo kvazarov zakrivené okolo šošovky a pozreli sa na zdanlivý jas a polohu každého zo štyroch obrázkov.

Tie následne porovnali s predpokladmi, ako by tieto Einsteinove kríže vyzerali bez vplyvu temnej hmoty. Tieto porovnania následne umožnili tímu vypočítať hmotnosť zhlukov temnej hmoty, ktorá zmenila obrázky.

Zobraziť celú galériu (3)

Znázornenie vzniku Einsteinového kríža. Zdroj: NASA, ESA, D. Player/STScI

Výsledky ukázali, že tieto zhluky sú, čo sa hmotnosti týka, asi 10 000 až 100 000-krát menšie ako hmotnosť temnej hmoty v okolí Mliečnej dráhy.

Vedci tak pridali k existujúcemu súboru prác podporujúcich existenciu studenej temnej hmoty veľmi solídny dôkaz. Svoje zistenia predstavili na 235. zasadnutí Americkej astronomickej spoločnosti a bol uverejnený v mesačnom periodiku Kráľovskej astronomickej spoločnosti.