Jak wygląda ciemna materia? Naukowcy pokazują

{reklama-artykul}Jak badać coś, co jest niewidzialne? Cóż, niełatwo. Doskonale wiedzą o tym astrofizycy zajmujący się badaniem ciemnej materii. Chociaż ciemna materia stanowi 85% całej materii we Wszechświecie, póki co nie dysponujemy technologią, która pozwoliłaby nam ją ujrzeć. O jej istnieniu wiemy tylko za sprawą jej grawitacyjnego wpływu na światło i inne formy materii. Niemniej, niedawno zespół uczonych z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) przeprowadził szczegółową symulację, która pokazuje, jak ciemna materia rozpościerająca się w kosmosie może wyglądać.

Jedna z największych kosmicznych zagadek

Co tak naprawdę wiemy już o ciemnej materii? Na przykład to, że ta jest nie tylko ciemna, ale i zimna. Przez to ta tworzy skupiska, na przykład w formie „nasion”, które doprowadziły do powstania gromad galaktyk, a także otoczek galaktyk. Taka otoczka stanowi znaczną część masy galaktyki. Na temat ciemnej materii wciąż istnieje jednak mnóstwo pytań bez odpowiedzi. Dlatego astronomowie często opracowują nowe modele ciemnej materii, porównując je z obserwacjami, by sprawdzić ich dokładność.

Co istotne, przebieg i rezultat każdej symulacji dotyczącej ciemnej materii zależy od tego, jakie założenia na jej temat przyjęto. To dlatego, że jak już wspomniałam, o ciemnej materii wciąż nie wiadomo wiele. Tworząc swoją symulację, badacze z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics założyli, iż ciemna materia składa się z tak zwanych słabo oddziałujących masywnych cząstek (ang. WIMP, Weakly Interacting Massive Particles) o masie sto razy większej niż masa protonu.

To, że ciemna materia składa się ze słabo oddziałujących masywnych cząstek jest jedną z najpopularniejszych teorii dotyczących tej materii. W przeszłości przeprowadzono wiele symulacji ciemnej materii, która się z nich składa, ale najnowsza charakteryzuje się niespotykaną dotąd rozdzielczością – symuluje cechy w zakresie trzydziestu rzędów wielkości masy.

Oblicze ciemnej materii

W omawianej symulacji ciemna materia utworzyła otoczki wokół galaktyk, tak jak jest w rzeczywistości. Niemniej, takie otoczki utworzyła też wokół obiektów zarówno o większej, jak i mniejszej masie – od planet aż po gromady galaktyk. Wszystkie te otoczki cechuje podobna struktura – w swoim centrum są gęstsze niż na krawędziach.

Mapa gęstości ciemnej materii otrzymana dzięki symulacji badaczy z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. | Źródło: J. Wang, S. Bose/Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Niestety, nie jesteśmy w stanie potwierdzić, czy ciemna materia rzeczywiście otacza planety, badając jej grawitacyjny wpływ na światło. Jeśli jednak w istocie tak jest, omawiane otoczki planet mogą pozwolić nam odkryć, w jaki sposób cząsteczki ciemnej materii wzajemnie na siebie oddziałują.

W tej chwili podejrzewa się, że gdy cząsteczki ciemnej materii się ze sobą zderzają, emitują promieniowanie gamma. Niektóre obserwacje promieniowania gamma wskazały na to, że iż centrum naszej galaktyki emituje go więcej niż powinno. Za ten nadmiar promieniowania może odpowiadać ciemna materia. Zgodnie z modelem badaczy z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, większość promieniowania gamma emitowanego przez ciemną materię pochodziłoby właśnie z ciemnej materii otaczającej planety.

Dlatego że wielkość planetarnych otoczek ciemnej materii wpłynęłaby na widmo energetyczne promieni gamma, model z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics pozwala przewidzieć, jak duży nadmiar promieniowania gamma powinien być emitowany w Drodze Mlecznej i innych galaktykach. Takie przewidywania można potwierdzić tylko w jeden sposób – prowadząc obserwacje promieniowania gamma. Być może właśnie obserwacje promieniowania gamma pozwolą potwierdzić, że nawet tak małe obiekty jak planety otoczone są ciemną materią.

Źródło: Inverse, fot. tyt. NASA/ESA/JPL-Caltech/Yale/CNRS