Gromady galaktyk mogą pomóc w odkryciu tajemnicy ciemnej materii

Naukowcy od dziesięcioleci próbują rozwiązać sekret ciemnej materii. Najnowsze badanie wskazuje, że gromady galaktyk mogą zostać wykorzystane jako olbrzymie zderzacze tych cząstek, co pozwoliłoby na obserwację ich wzajemnego wpływu na siebie.

W poszukiwaniu ciemnej materii

.Astronomowie nie wiedzą czym jest ciemna materia, ale zgodnie z modelami, te niewidzialne cząstki stanowią większość materii we Wszechświecie i około jednej czwartej Wszechświata jako całości. Badacze sugerują, że działa ona jak „klej”, który spaja kosmos, ale wciąż nie wiedzą, jakiego rodzaju są to cząstki. Znalezienie odpowiedzi na to pytanie może przyczynić się do zrozumienia przeszłości, teraźniejszości i przyszłości znanego Wszechświata.

Badanie przeprowadzone przez astrofizyków z Northeastern University stanowi potencjalny nowy sposób odpowiedzi na to pytanie. Zostało ono opublikowane w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

„Wszystko we Wszechświecie jest cząstką, falą i polem, więc podstawowym założeniem jest to, że ciemna materia musi być cząstką. Pytanie brzmi, jakiego rodzaju” – mówi Jacqueline McCleary z Northeastern University.

Nowa metoda zaproponowana przez astronomów polegałaby na tym, aby wykorzystać gromady galaktyk jako gigantyczne naturalne zderzacze ciemnej materii i obserwacji, co dzieje się, gdy oddziałuje ona sama ze sobą.

Potężne akceleratory cząstek, takie jak Wielki Zderzacz Hadronów, pomogły naukowcom zrozumieć naturę zwykłej materii poprzez zderzenia cząstek o wysokiej energii, ale ciemną materią naukowcy nie mogą manipulować w ten sam sposób.

Te niewidoczne cząsteczki podobnie jak zwykła materia, zajmuje przestrzeń, ale jest niewidoczna dla ludzkich oczu, ponieważ światło nie wchodzi z nią w interakcje. Jednak jak tłumaczą astronomowie nadal ma ona wymierny wpływ na Wszechświat. Uważają, że istnieje ogromna, sieć ciemnej materii, która jest obecna w całym kosmosie i przyciąga większość normalnej materii, a nawet pomaga galaktykom formować się i rosnąć.

Jak mogą pomóc gromady galaktyk

.Zamiast polegać na sprzęcie znajdującym się na Ziemi, badacze planują obserwacje kosmosu. Naukowcy skupili by się na uchwyceniu tego jak gromady galaktyk zderzają się ze sobą, ponieważ zostałyby przyciągnięte do siebie przez siły grawitacyjne.

„Gromady galaktyk są również zdominowane przez ciemną materią. Osiemdziesiąt do dziewięćdziesięciu procent ich masy stanowi właśnie ona, a im bardziej masywny jest obiekt, tym szybciej poruszają się składające się na niego niewidzialne cząstki. Zasadniczo badania polegałyby na obserwacji zderzenia o bardzo wysokiej energii” – tłumaczy McCleary.

Różne teorie zakładały, że ciemna materia jest fotonem, który przenosi siłę elektromagnetyczną, niezwykle lekkim neutrinem lub nawet maleńką czarną dziurą. W nowym badaniu naukowcy twierdzą, że obecnie preferowaną teorią jest to, że przybiera ona formę WIMP-a, czyli słabo oddziałującej masywnej cząstki.

„Naziemne eksperymenty wykrywania cząstek działają od około 20 lat i jeszcze niczego nie wykryły. To wskazuje nam, że ciemna materia prawdopodobnie nie jest zwykłą cząstką, za jaką mogliśmy ją uważać. Prawdopodobnie nie jest to czysty WIMP, w przeciwnym razie już byśmy go znaleźli. To zmotywowało nas do przyjrzenia się innym modelom cząstek, które mogłyby być ciemną materią” – twierdzi McCleary.

Obserwacja zderzeń ciemnej materii mogłaby pomóc naukowcom określić pewne podstawowe cechy cząstek, które pomogłyby im udoskonalić poszukiwania odpowiedzi na pytanie o ciemną materię.

Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy

Członek Polskiego Towarzystwa Astronomicznego, Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Pod koniec swojego życia gwiazda wykonuje gwałtowne oscylacje. W skali setek lub tysięcy lat doznaje gwałtownych rozprężeń, staje się wyraźnie większa i chłodniejsza, a następnie się kurczy. Jej powierzchniowe obszary są przyciągane zbyt słabo i „odlatują” od niej. Rozpad następuje warstwowo. Trwa to przez tysiące lat. Jedyne, co pozostaje, to jądro, biały karzeł złożony z węgla i tlenu, otoczony przez gaz, który powstaje w procesie odpadania warstw”.

„Mniejsze gwiazdy kończą swój żywot na etapie spalania węgla i tlenu. Gwiazdy masywniejsze są tak ciężkie, że w pozostających z nich białych karłach dochodzi do takiego wzrostu temperatury, że nawet tlen i węgiel spalają się i przechodzą w kolejne pierwiastki. Gwiazda staje się czerwonym nadolbrzymem. Na samym końcu tego procesu, bezpośrednio przed eksplozją supernowej, w jej jądrze pojawia się żelazo. Od tego momentu gwiazda nie może generować więcej energii. Po raz kolejny dochodzi do stanu krytycznego w jej życiu – zaczyna się rozpadać”.

„W pewnym momencie w jądrze robi się tak gęsto, że nawet elektrony pełzające wokół atomów żelaza nie mogą już dłużej tego robić. Zaczyna się proces neutronizacji materii. Elektrony wnikają w jądro atomów i zamieniają protony w neutrony. Żelazo zostaje zniszczone – powstaje gwiazda neutronowa”.

„Jądro gwiazdy neutronowej kurczy się i jednocześnie staje się sprężyste. Odbija się od zewnętrznej materii gwiazdy jak piłka. Powoduje to powstanie dużej fali uderzeniowej. Napór materii z zewnątrz jest tak duży, że powoduje zatrzymanie fali uderzeniowej w miejscu, w wyniku czego gwiazda zaczyna się niebywale rozgrzewać. Wskutek tego wybuchowego, deflagracyjnego spalania się powstaje duża część układu okresowego pierwiastków. Materia po śmierci gwiazdy, składająca się z pierwiastków ciężkich, może zasilić nowo powstające gwiazdy i planety”.

„Pierwiastki, z których się składamy, na przykład węgiel, azot i tlen, powstają dzięki śmierci mało masywnych gwiazd, jak nasze Słońce. W wyniku eksplozji supernowej powstaje tlen. Nasze ukochane złoto i srebro są efektem procesu jeszcze rzadszego – „zlania się” dwóch gwiazd neutronowych. Każdy atom węgla, tlenu i azotu w naszym ciele – kiedyś był obecny we wnętrzu gwiazdy. Bez nich nie moglibyśmy zaistnieć. Nasze życie powstało za sprawą gwiazd” – pisze Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI w tekście „Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy„.

Oprac. EG