Pressemeddelelse

Har vi de første tegn på mørkt stof som vekselvirker med sig selv?

Måske er det mørke stof ikke så mørkt endda

15. april 2015

Måske har vi for første gang observeret, at mørkt stof vekselvirker med andet mørkt stof på andre måder end ved tyngdekraftens hjælp. De første antydninger kommer fra observationer af galaksekollisioner. Det er ESOs Very Large Telescope (VLT) og NASAs og ESAs Hubble Rumteleskop, som i fælleskab har fundet nyt om hvad det gådefulde mørke stof kan være for noget.

Med MUSE -instrumentet monteret på VLT i Chile og billeder fra Hubble i kredsløb om Jorden har astronomerne set på fire galakser, som kolliderer med hinanden i galaksehoben Abell 3827. Formålet med projektet har været at se, hvordan masserne fordeler sig i systemet, og hvordan fordelingen af det mørke stof afhænger af placeringen af de lysende galakser.

Mørkt stof kan ikke ses, men forskerholdet kan aflede fordelingen med en teknik, som kaldes gravitationslinser. Galaksekollisionen sker tilfældigvis lige foran en meget fjernere kilde, som ikke har noget med de 4 nærmere galakser at gøre. Alt det mørke stof omkring de kolliderende galakser har deformeret rum-tiden voldsomt, så lysstrålerne fra den fjerne baggrundsgalakse følger nogle meget knudrede baner. Det får billedet af baggrundsgalaksen til at blive fordrejet til nogle karakteristiske buer.

Den herskende opfattelse er, at alle galakser findes inde i klumper af mørkt stof. Hvis ikke det mørke stof hjalp med til at holde sammen på for eksempel Mælkevejen, ville den blive flået i stykker på grund af dens rotation. For at forklare, hvorfor det ikke sker, må 85% af hele Universets masse [1] være tilstede som det usynlige mørke stof. Ikke desto mindre er det stadig helt uforklaret, hvad det mørke stof er for noget.

I forskningsartiklen studerede holdet de fire galakser, og de fandt, at en af de store klumper af mørkt stof "sakkede bagud" i forhold til den af galakserne, som den omgiver. For øjeblikket er skyen af mørkt stof 5.000 lysår (altså 50.000 millioner millioner kilometer) bagud i forhold til galaksen. Det er en afstand, som det ville tage NASAs Voyager-rumskib 90 millioner år at tilbagelægge.

Netop sådan en forskel imellem en galakse og dens sky af mørkt stof kan forudsiges, hvis mørkt stof vekselvirker med sig selv på andre måder end ved hjælp af tyngdekraften - også hvis vekselvirkningen er ganske ringe [2]. Det er blot aldrig før set, at der skulle være en sådan vekselvirkning, ud over tyngdekraften.

Hovedforfatteren Richard Massey fra Durham University forklarer: "Førhen mente vi, at mørkt stof bare hang der og passede sig selv, bortset fra dets tyngdekraftpåvirkning. Men hvis det mørke stof virkelig bliver bremset op i denne her kollision, er det det første spor af noget voldsomt ny fysik ude i mørket - i de skjulte dele af Universet omkring os."

Forskerne bemærker, at det er nødvendigt med flere undersøgelser, for at udelukke, at der skulle være andre effekter i spil. Så der skal foretages flere studier af flere galakser, og der skal laves computersimuleringer af galaksekollisioner.

Liliya Williams fra University of Minnesota tilføjer: "Vi ved, at mørkt stof findes, fordi det vekselvirker via tyngdekraften med Universet omkring os, men det er stadig pinligt lidt, vi ved om, hvad mørkt stof faktisk er for noget. Vore observationer tyder på, at det mørke stof måske vekselvirker med sig selv også igennem andre kræfter, og det betyder så igen, at vi vil kunne udelukke nogle af de fremherskende teorier om det mørke stofs natur."

De nye resultater knytter sig til et tidligere arbejde , hvor det samme forskerhold observerede 72 galaksesammenstød[3]. Konklusionen af det arbejde var, at den indbyrdes vekselvirkning må være meget ringe. I det nye studie ser forskerne på individuelle galaksebevægelser istedet for hele galaksehobe. Det kan godt være at kollisionen imellem disse 4 galakser har været mere langvarig, end de tidligere observerede kollisioner. Hvis det er tilfældet, vil selv en meget svag vekselvirkning have haft tid nok til at blive så stor, så den kan observeres [4].

Alt i alt giver de to resultater for første gang nogle rammer for, hvordan mørkt stof opfører sig. Vekselvirkningen er "mere end sådan her, og mindre end så meget". Massy tilføjer: "Endelig er vi ved at have omringet det mørke stof både fra oven og fra neden - så vi presser viden ud af situationen fra begge sider."

Noter

[1]  Astronomerne har fundet ud af, at det samlede forhold i Universet imellem masse og energi er fordelt som 68% mørk energi, 27% mørkt stof og 5% "normalt stof". De 85% er altså den del af stoffet, som er mørkt stof.

[2] Computer simuleringer viser, at den ekstra gnidning fra kollisionen får det mørke stof til at bevæge sig langsommere. Hvofor det sker er netop problemet. Det kan skyldes velkendte effekter eller en eksotisk ukendt kraft. Alt hvad der kan siges lige nu er, at det ihvertfald ikke er tyngdekraften, som er årsagen.

Elle fire galakser er måske blevet adskilt fra deres mørke stof. Vi har blot meget gode målinger fra den ene af den, fordi den tilfældigvis vender på den helt rigtige måde i forhold til baggrunden, hvor den meget fjerne galakse befinder sig. For de andre tre galakser er de buede linsebilleder længere væk, så det vil være for upræcist at prøve at konkludere noget fra dem.

[3] Galaksehobe indeholder op til et tusinde individuelle galakser.

[4] Den vigtigste usikkerhed i resultatet hænger på, hvor længe kollisionen har varet. Den opbremsning, som har påvirket det mørke stof kan have været en meget svag kraft, som har påvirket over en milliard år, eller en forholdsvis stærkere kraft, som "kun" har været der i 100 millioner år.

Mere information

Forskningsresultaterne blev præsenteret i en artikel med titlen “The behaviour of dark matter associated with 4 bright cluster galaxies located in the 10 kpc core of Abell 3827” i tidsskriftet Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 15. april 2015.

Holdet består af R. Massey (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, UK), L. Williams (School of Physics & Astronomy, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota, USA), R. Smit (Institute for Computational Cosmology, UK), M. Swinbank (Institute for Computational Cosmology, UK), T. D. Kitching (Mullard Space Science Laboratory, University College London, Dorking, Surrey, UK), D. Harvey (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Observatoire de Sauverny, Versoix, Switzerland), H. Israel (Institute for Computational Cosmology, UK), M. Jauzac (Institute for Computational Cosmology, UK; Astrophysics and Cosmology Research Unit, School of Mathematical Sciences, University of KwaZulu-Natal, Durban, South Africa), D. Clowe (Department of Physics and Astronomy, Ohio University, Athens, Ohio, USA), A. Edge (Department of Physics, Durham University, Durham, UK), M. Hilton (Astrophysics and Cosmology Research Unit, South Africa), E. Jullo (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Université d’Aix-Marseille, Marseille, France), A. Leonard (University College London, London, UK), J. Liesenborgs (Hasselt University, Diepenbeek, Belgium), 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, Switzerland), D. Nagai (Department of Physics, Yale University, New Haven, Connecticut, USA), J. Richard (Observatoire de Lyon, Université Lyon, Saint Genis Laval, France), A. Robertson (Institute for Computational Cosmology, UK), P. Saha (Physik-Institüt, Switzerland), R. Santana (Department of Physics and Astronomy, Ohio University, Athens, Ohio, USA), J. Stott (Department of Physics, Durham, UK) and E. Tittley (Royal Observatory, Edinburgh, UK).

ESO er den fremmeste fællesnationale astronomiorganisation i Europa, og verdens langt mest produktive jordbaserede astronomiske observatorium. 16 lande er med i ESO: Belgien, Brazilien, Danmark, Finland, Frankrig, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig, og desuden værtsnationen Chile. ESO har et ambitiøst program, som gør det muligt for astronomer at gøre vigtige videnskabelige opdagelser. Programmet har focus på design, konstruktion og drift af stærke jordbaserede observatorier. Desuden har ESO en ledende rolle i formidling og organisering af samarbejde omkring astronomisk forskning. ESO driver tre enestående observatorier i verdensklasse i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO VLT, Very Large Telescope, som er verdens mest avancerede observatorium for synligt lys, samt to oversigtsteleskoper. VISTA, som observerer i infrarødt, er verdens største oversigtsteleskop, og VLT Survey Teleskopet er det største teleskop bygget til at overvåge himlen i synligt lys. ESO er en af de største partnere i ALMA, som er det største eksisterende astronomiprojekt. For tiden bygges E-ELT, et 39 m optisk og nærinfrarødt teleskop på Cerro Armazones, tæt ved Paranal. Det bliver "verdens største himmeløje".

 

Links

• Forskningsartiklen
• Billeder af VLT

Kontakter

Richard Massey
Institute for Computational Cosmology
Durham University, United Kingdom
Tel: +44 (0) 7740 648080
E-mail: 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-mail: rhook@eso.org

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1514 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.