Diviziunea galactică oferă indicii despre misterul materiei întunecate

O coliziune cosmică a separat cumva o galaxie de materia sa întunecată, misterioasa chestiune invizibilă care domină de obicei masa unei galaxii. Materia întunecată ar putea rămâne în urmă galaxiei sale gazdă, deoarece un alt pâlc de materie întunecată a încetinit-o. Dacă da, ar fi prima dovadă că materia întunecată interacționează printr-o altă forță decât gravitația.

„Este interesant să ne întrebăm dacă ar putea fi materia întunecată care interacționează cu ea însăși”, spune Neal Weiner, fizician teoretician la Universitatea din New York.

Studiul, publicat pe 15 aprilie în Anunțuri lunare ale Societății Regale de Astronomie, este cel mai recent care a folosit coliziuni galactice pentru a sonda comportamentul materiei întunecate. Prin graficarea interacțiunilor cu materia întunecată din cosmos, fizicienii speră să restrângă lista extinsă a teoreticienilor de candidați pentru identitatea materiei întunecate.

Decenii de cercetări arată că materia întunecată există: gravitația ei afectează rotația galaxiilor și curbează lumina de la obiecte cosmice îndepărtate. Dar pentru că materia întunecată nu emite, absoarbe sau împrăștie lumină, oamenii de știință nu știu de fapt din ce este făcută. Unii oameni de știință încearcă să rezolve această ghicitoare urmărind materia întunecată în sălbăticie, sub forma unor galaxii care se ciocnesc și grupuri de galaxii care sunt pline de lucruri invizibile. Acești cercetători au căutat dovezi că materia întunecată interacționează cu ea însăși într-un mod nou. „Dacă materia întunecată vorbește de la sine, putem vedea acea amprentă în univers”, spune Weiner.

Cosmologul Richard Massey de la Universitatea Durham din Anglia și colegii sai s-au concentrat asupra unei anumite galaxii din Abell 3827, un grup de galaxii situat la aproximativ 1,3 miliarde de ani lumină distanță, în constelația Indus. Situată în centrul clusterului, galaxia se ciocnește cu alte trei galaxii. Acest lucru oferă posibilitatea de a vedea aglomerări de materie întunecată care trec unul pe lângă celălalt. În plus, galaxia se află direct între Pământ și o altă galaxie cu 7,4 miliarde de ani lumină mai îndepărtată. Folosind date de la Very Large Telescope din Chile și de la Telescopul Spațial Hubble, echipa lui Massey a măsurat cât de mult a înclinat gravitația galaxiei din apropiere lumina din galaxia îndepărtată. Aceste măsurători le-au permis cercetătorilor să cartografieze distribuția masei în galaxia din apropiere – atât din stele, cât și din materia întunecată.

Harta a dezvăluit un decalaj de aproximativ 5.000 de ani lumină între stelele galaxiei și materia sa întunecată. „Există o încărcătură uriașă de masă într-o parte”, spune Massey. Toate stelele galaxiei însumează masa de aproximativ 100 de miliarde de sori; materia întunecată este de aproximativ 10 ori mai masivă.

Massey spune că observațiile sunt intrigante, dar interpretarea este cea care este incitantă. Multe teorii prevăd că particulele de materie întunecată ar trebui să exercite o altă forță în plus față de gravitație unele asupra celeilalte. Această forță s-ar putea arăta în coliziunile galactice, acționând ca o sursă de frecare atunci când aglomerări de materie întunecată se întâlnesc, ceea ce poate face ca materia întunecată rezidentă a galaxiilor să rămână în urmă pe măsură ce stelele galaxiilor alunecă fără efort unele pe lângă altele. Presupunând că acesta este cazul galaxiei din Abell 3827, echipa lui Massey a calculat dimensiunea minimă a câmpului de forță ipotetic în jurul unei particule de materie întunecată – cu alte cuvinte, cât de aproape ar trebui să treacă o pereche de particule pentru ca fiecare să simtă influența celălalt. Cu mai puțin de o lună în urmă, o echipă, inclusiv Massey, a stabilit o limită superioară de dimensiune după ce a observat coliziunile a 72 de grupuri de galaxii. Cele două rezultate oferă fizicienilor de particule o gamă de valori pe care să le folosească pentru a-și testa teoriile.

Massey avertizează că există avertismente cu interpretarea materiei întunecate. Cel mai important, cercetătorii nu știu în ce direcție se mișcă galaxia, așa că materia întunecată poate fi în fața sau în lateralul stelelor galaxiei, mai degrabă decât în ​​spatele lor. Cu toate acestea, Massey spune că el și colegii săi nu se pot gândi la niciun alt mecanism care să explice modul în care stelele și materia întunecată dintr-o galaxie s-ar putea diviza. Echipa lui intenționează să caute mai multe ciuperci galactice, începând cu celelalte trei galaxii implicate în coliziunea Abell 3827.