A sötét anyag fényre került<br/>

Amerikai asztrofizikusoknak a világon elsőként sikerült kimutatniuk az anyag láthatatlan formája, a már régóta gyanított sötét anyag nagyléptékű szerkezetét.

Ez az egész Világegyetemünket átható láthatatlan anyag a tömegvonzásával árulja el jelenlétét, és becslések szerint az Univerzum teljes tömegének 90-99 százalékát alkotja. Mivel távcsövekkel nem látható, mibenléte és eloszlása olyan többévtizedes rejtély, amely korunk egyik legnagyobb tudományos kihívása.

A Bell Laboratórium asztrofizikusai, Anthony Tyson, David Kirkman és David Wittman (a képen balról jobbra), továbbá Ian Dell'Antonio a Nemzeti Optikai Csillagászati Obszervatórium, és Gary Bernstein a Michigani Egyetem munkatársa a sötét anyag eloszlásának feltérképezésre az úgynevezett gyenge gravitációs lencsehatást (mikrolencse hatás) használta fel, és ennek során több mint százezer nagyon távoli galaxis fényét elemezték, hogy pontosan meghatározhassák a közbeeső sötét anyag miatt fellépő torzításokat.

Einstein általános relativitáselmélete szerint a gravitáció elgörbíti a fényt; a gyenge gravitációs lencsehatásban az előtérben levő sötét anyag torzulást hoz létre a háttérgalaxisok körvonalaiban. A távoli, gömb alakú objektumot például a megfigyelő elliptikusnak látja: ez az úgynevezett "kozmikus nyírás". A több ezer galaxis képének "kozmikus nyírását" elemezve a kutatóknak sikerült feltérképezniük a sötét anyag eloszlását az égbolt egy nagyobb darabján.

A gyenge gravitációs lencsehatás: két, az égbolton egymáshoz közelinek látszó távoli galaxisból kiinduló fénynyaláb hasonló pályát fut be, és a közbeeső sötét anyagtömegek miatt hasonló eltérüléseket szenved. A távoli galaxisok látszólagos irányában emiatt legfeljebb néhány fokos eltérés mutatkozhat. A galaxisok képének torzulásából következtetni lehet a torzulást kiváltó, közbeeső anyagtömegek eloszlására

"Ezek a mérések hatékony eszközök a kozmológia alapfeltevéseinek ellenőrzésére, és a Világegyetem végső sorsának felderítésére - magyarázta Tyson. A kozmológusok által leginkább elfogadott modellek szerint a sötét anyag mennyisége szabja meg, vajon Világegyetemünk örökké tágulni fog-e, vagy a tágulása lelassul, majd leáll, netán összehúzódásba fordul és összeomlik.

Wittman és munkatársai a mérések alapján kizárhatónak tartják azt a "forgatókönyvet", amely szerint a Világegyetemben a látható és a sötét anyag összmennyisége elegendő ahhoz, hogy előbb-utóbb megállítsa a tágulást. Megfigyeléseik inkább egy olyan modellt támasztanak alá, amelyben bizonyos mennyiségű vákuumenergia a Világegyetem gyorsuló tágulását idézi elő.

A kutatók a chilei Cerro Tololo Obszervatórium 4 méteres Blanco távcsövéhez illesztették a kifejezetten e célra tervezett és épített kamerát, amellyel három különböző irányban összesen 145 ezer távoli galaxist vizsgáltak meg. A földi légkör és az optikai leképezés torzításainak kiszűrésére több ezer előtérben lévő csillagot is célba vettek.

A kozmikus nyírás az égbolton egymáshoz közelinek látszó háttérgalaxisok képében bizonyos hasonlóságokat hoz létre. Az ilyen galaxisoktól származó fény a sötét anyag hasonló közbeeső térfogatain halad keresztül, és gravitációjának hatására elgörbül. Ebből a torzulásból kihámozható a sötét anyag eloszlása.

A kutatók az adatok elemzésére egy automatikus adatfeldolgozó rendszert készítettek. Mivel a galaxisok jellemzően futball-labda alakúak, a háttérgalaxisok képének minden ezen túlmenő torzulását meglehetősen nehéz kimutatni, ráadásul ezt sok ezer galaxisra kell átlagolni ahhoz, hogy meggyőző eredményre jussanak. "Az ehhez szükséges technika gyorsan kialakult - mondta Tyson. - A későbbi hasonló tanulmányok már tízmilliónyi távoli galaxist is számba vehetnek, s láthatjuk majd, hogy a Világegyetem tömegének eloszlása időben hogyan változott."

Tyson és munkatársai a továbbiakban azt tervezik, hogy eredményeiket összevetik a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásra - a Világegyetem nagyon korai időszakából fennmaradt maradványsugárzásra - vonatkozó legújabb adatokkal, s így képet kaphatnak arról, mennyire változott meg a sötét anyag eloszlása az azóta eltelt, sokmilliárd éves időszakban. Ez új fényt vethet a kozmológia legkényesebb problémáira. Mint Tyson tréfásan megjegyezte: "a sötét anyagra még fényes jövő vár".

A jelenleg széles körben elfogadott elmélet szerint az Univerzum anyagának 90-99 százaléka nem látható formában, úgynevezett sötét anyagként van jelen. Ez hordozza azt a hiányzó tömeget, amelynek gravitációja a galaxisok és galaxishalmazok anyagának együtt tartásához szükséges. A sötét anyag természete egyelőre rejtély előttünk, pedig számos jelölt akad, a neutrínóktól a kiégett csillagroncsokon keresztül a fekete lyukakig. Sokan vallják, hogy a hiányzó tömeg eddig ismeretlen, még felfedezésre váró elemi részecskékben koncentrálódik.
A galaxisokban lévő sötét anyag már régóta ismert, mivel jól megfigyelhető gravitációs hatást fejt ki. A galaxisok magjától távolodva nem csökken a csillagok keringési sebessége, ami csak úgy magyarázható, hogy a fénylő spirálkarokon kívül eső, láthatatlan anyag tömegvonzásának hatása alatt állnak.

(Élet és Tudomány)

Ajánló:

A cikkhez kapcsolódó kutatások honlapja. A sötét anyagra utaló jelek, a sötét anyag lehetséges összetevői, a sötét anyag kozmológiai szerepe. Kitűnő magyar nyelvű összefoglaló.

Korábban:

2000. március 17. Egy nemzetközi csillagászcsoport közzétette azt a térképet, amely az Univerzum tömegének akár 99%-át is kitevő, egyelőre ismeretlen természetű sötét anyag eloszlását és szerkezetét ábrázolja.