Priekopnícke pozorovania odhaľujú kolísanie temnej hmoty pod úrovňou galaxií, čím potvrdzujú teórie o studenej temnej hmote a poskytujú nové poznatky o formovaní vesmíru.

Výskumný tím vedený profesorom Kaiki Taro Inoue z Kindai University (Osaka, Japonsko) zistil výkyvy v distribúcii tmavej hmoty vo vesmíre v mierkach menších ako masívne galaxie pomocou najvýkonnejšieho rádiového interferometra na svete, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. Pole).Alma), ktorá sa nachádza v Čilskej republike.

Je to prvýkrát, čo boli vo vzdialenom vesmíre zistené priestorové fluktuácie tmavej hmoty v mierke 30-tisíc svetelných rokov. Tento výsledok ukazuje, že studená tmavá hmota^[1] Je to vhodnejšie aj v mierkach menších ako masívne galaxie a je to dôležitý krok k pochopeniu skutočnej povahy temnej hmoty. Článok bude uverejnený v na Astrofyzikálny časopis.

Obrázok 1. Fluktuácie zistené v tmavej hmote. Jasnejšia oranžová farba označuje oblasti s vysokou hustotou tmavej hmoty a tmavšia oranžová farba označuje oblasti s nízkou hustotou tmavej hmoty. Biela a modrá farba predstavujú objekty s gravitačnou šošovkou pozorované ALMA. Zdroj: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), KT Inoue et al.

hlavné body

• Pozorovanie jedným z najväčších svetových rádiových interferometrov ALMA, medzinárodný projekt.
• Prvá detekcia fluktuácií temnej hmoty vo vesmíre na mierkach menších ako 30 tisíc svetelných rokov.
• Dôležitý krok k objasneniu skutočnej podstaty temnej hmoty.

ALMA deteguje drobné výkyvy v rozložení tmavej hmoty

Predpokladá sa, že temná hmota, neviditeľná hmota, ktorá tvorí veľkú časť hmoty vesmíru, zohrala dôležitú úlohu pri formovaní štruktúr, ako sú hviezdy a galaxie.^[2] Keďže temná hmota nie je rovnomerne rozložená vo vesmíre, ale je rozložená v zhlukoch, jej gravitácia môže mierne zmeniť dráhu svetla (vrátane rádiových vĺn) prichádzajúceho zo vzdialených svetelných zdrojov. Pozorovania tohto efektu (gravitačné šošovky) ukázali, že temná hmota je spojená s relatívne masívnymi galaxiami a kopami galaxií, ale ako je distribuovaná v menších mierkach, zatiaľ nie je známe.

Výskumný tím sa rozhodol použiť ALMA na pozorovanie objektu vzdialeného 11 miliárd svetelných rokov od Zeme. Objekt je šošovkovitý kvazar,^[3] MG J0414+0534^[4] (ďalej len „tento kvazar“).

Zdá sa, že tento kvazar má štvoruholníkový obraz v dôsledku účinku gravitačnej šošovky galaxie v popredí. Polohy a tvary týchto zdanlivých obrázkov sa však líšia od tých, ktoré sú vypočítané výlučne z efektu gravitačnej šošovky galaxie v popredí, čo naznačuje, že funguje gravitačný efekt distribúcie tmavej hmoty v mierkach menších ako masívne galaxie.

Obrázok 2: Koncepčný diagram systému gravitačných šošoviek MG J0414+0534. Objekt v strede obrázku označuje lentikulárnu galaxiu. Oranžová zobrazuje tmavú hmotu v medzigalaktickom priestore a svetložltá označuje tmavú hmotu v lentikulárnej galaxii. Kredit: NAOJ, KT Inoue

Zistilo sa, že v hustote tmavej hmoty dochádza k priestorovým výkyvom aj v mierke okolo 30 tisíc svetelných rokov, čo je oveľa menej ako v kozmickom meradle (niekoľko desiatok miliárd svetelných rokov). Tento výsledok je v súlade s teoretickou predpoveďou studenej tmavej hmoty, ktorá predpovedá, že zhluky tmavej hmoty existujú nielen vo vnútri galaxií (bledožltá na obrázku 2), ale aj v medzigalaktickom priestore (oranžová na obrázku 2).

Účinky gravitačnej šošovky zhlukov tmavej hmoty nájdené v tejto štúdii sú také malé, že je mimoriadne ťažké ich samostatne odhaliť. Avšak vďaka efektu gravitačnej šošovky spôsobeného galaxiou v popredí a vysokému rozlíšeniu ALMA sa nám podarilo tieto efekty zistiť po prvýkrát. Preto je tento výskum dôležitým krokom k overeniu teórie temnej hmoty a objasneniu jej skutočnej podstaty.

Tento výskum je prezentovaný v článku s názvom „ALMA meranie spektier šošovkovej sily pri 10 kpc smerom k šošovkovému kvazaru MG J0414+0534“ od KT Inoue et al. V Astrofyzikálny časopis.

Poznámky

1. Studená temná hmota
   Ako sa vesmír rozpína, hustota hmoty klesá, takže častice temnej hmoty (hmota neviditeľná pre svetlo) sa už nestretnú s inými časticami a budú mať nezávislý pohyb odlišný od pohybu bežnej hmoty. V tomto prípade častice tmavej hmoty, ktoré sa pohybujú rýchlosťou oveľa nižšou ako je rýchlosť svetla v porovnaní s obyčajnou hmotou, sa nazývajú studená tmavá hmota. Kvôli svojej nízkej rýchlosti nemajú schopnosť vymazať rozsiahle štruktúry vo vesmíre.
2. Formovanie štruktúry vo vesmíre
   V ranom vesmíre sa predpokladá, že hviezdy a galaxie vznikli v dôsledku gravitačného rastu kolísania hustoty temnej hmoty a akumulácie vodíka a hélia, ktoré sú priťahované k zhlukom temnej hmoty. Rozloženie tmavej hmoty v mierkach menších ako masívne galaxie je stále neznáme.
3. Kvazar
   Kvazar je centrálna kompaktná oblasť galaxie, ktorá vyžaruje extrémne jasné svetlo. Kombinovaná oblasť a jej okolie obsahujú veľké množstvo prachu, ktorý vyžaruje rádiové vlny.
4. MG J0414+0534
   MG J0414+0534 sa nachádza v smere súhvezdia Býka pri pohľade zo Zeme. Červený posun (nárast vlnovej dĺžky svetla delený pôvodnou vlnovou dĺžkou) tohto objektu je z=2,639. Predpokladá sa, že zodpovedajúca vzdialenosť je 11 miliárd svetelných rokov, berúc do úvahy neistotu v kozmologických parametroch.

Odkaz: „ALMA meranie spektier sily šošovky pri 10 kpc smerom k šošovkovému kvazaru MG J0414+0534“ od Kaiki Taro Inoue, Takeo Minezaki, Satoki Matsushita a Koichiro Nakanishi, 7. septembra 2023, Astrofyzikálny časopis.
doi: 10.3847/1538-4357/aceb5f

Táto práca bola podporená grantom na podporu vedeckého výskumu od Japonskej spoločnosti na podporu vedy (č. 17H02868, 19K03937), Národného astronomického observatória Japonska ALMA Joint Scientific Research Project 2018-07A, rovnako ako ALMA JAPAN Research Fund NAOJ-ALMA-256 a Taiwan Most. 103-2112-M-001-032-MY3, 106-2112-M-001-011, 107-2119-M-001-020, 107-2119- M-001-020.