Hva er universet laget av? Ikke bekymre deg hvis du ikke har en anelse, astronomer ikke heller. James Jee fra Johns Hopkins University brukte Hubble-romteleskopet for å lage et detaljert kart over konsentrasjoner av mørk materie rundt to galakser. Og astronomer fikk bare noen nye ledetråder.
Hør på intervjuet: Dark Matter Maps (5 MB)
Eller abonner på Podcast: Abonner
Fraser Cain: Vi har hørt begrepet mørk materie ganske mye. Kan du gi oss den nåværende forståelsen av hva mørk materie er?
Dr. James Jee: Før jeg snakker om mørk materie, må jeg nevne hva astronomer nå tror hvordan universet kom til det det er i dag. Vi tror at 30% av universet er materie, og de andre 70% er mørk energi, og mørk materie utgjør mer enn 90% av materien i universet. Ingen har oppdaget mørk materie på laboratoriene, så de vet ikke formen, fargen eller lukten av det, men det er bevis på at det er der. Vi kan oppdage det ved den såkalte gravitasjonslinsen.
Fraser: Så du har nylig utført en undersøkelse ved hjelp av Hubble-romteleskopet for å kartlegge konsentrasjonen av mørk materie. Hva var prosessen for å gjøre det?
Dr. Jee: Mørk materie består som sagt 90% av saken i universet, og det beste stedet å lete etter mørk materie er hvor det florerer mest. Så vi pekte Hubble-romteleskopet mot to av de mest interessante galakse-klyngene som dannes da universet var halvparten av sin nåværende alder.
Fraser: Og hva så du?
Dr. Jee: Vi undersøkte spektralfordelingen av bakgrunnsgalaksenes. Ved å undersøke forvrengningen av disse bakgrunnsgalakene, var vi i stand til å bestemme tettheten av mørk materie i forgrunnen.
Fraser: La meg se om jeg forstår dette riktig. Du så på fjerne galakser, og ved å se hvordan lyset endret seg når det kom mot oss, var du i stand til å oppdage hvor det var skjulte klumper av materie som påvirket det gravitasjonsmessig.
Dr. Jee: Akkurat. Kanskje dette er en god analogi. Anta at du leser en nyhetsartikkel ved hjelp av et forstørrelsesglass, kan du utlede kraften eller tykkelsen på linsene ved å undersøke hvor mye bokstavene ser større ut gjennom forstørrelsesglasset. På samme måte, hvis du ser på forvrengningen, eller forstørrelsen, av bakgrunnsgalaksen, kan du bestemme tettheten til den unnvikende mørke materien i forgrunnen.
Fraser: Så hva er så forholdet mellom mørk materie og galaksene vi kan se?
Dr. Jee: Det er den dominerende saken i universet, og det har tyngdekraften. Uten mørk materie er det veldig vanskelig å danne galakser med storskala strukturer som vi ser i dagens univers. Så definitivt hjelper mørk materie dannelsen av galakser i storskala-strukturen.
Fraser: Er det da mulig at hvor den mørke saken noensinne klumper seg, det er der vi sannsynligvis vil se galakser?
Dr. Jee: Ja, det er i grunnen det vi har funnet i forskningen vår. Mennesker har spekulert i at mørk materie er kollisjonsløse partikler og at mørk materie og normal materie skal eksistere sammen. Men ingen har klart å bestemme dette veldig tydelig fordi den mørke materien ikke avgir noen elektromagnetiske bølger. Det vi har funnet ved bruk av Hubble, er at lyslysende galakser dannes i de tetteste områdene av disse mørke stoff-glorieene.
Fraser: Hvis vi vet at denne typen klumper skjer - de to ser ut til å gå hånd i hånd - lar dette deg kaste ut eksisterende teorier for hva denne mørke saken kan være?
Dr. Jee: Ja, dette gir mange ledetråder. De fleste tror at mørk materie er kollisjonsfri, men noen antyder at de kan ha noen kollisjonsegenskaper som hydrogengass. Måten mørk materie klumper seg sammen gir oss hint om hva den mørke materien er. Anta at den mørke saken har kollisjonsegenskaper, som hydrogenatom, så kolliderer de veldig ofte med hverandre, og vi får se en veldig jevn fordeling av en mørk materie-glorie. Men vi har funnet ut at disse strukturene er veldig klumpete, som massen til en galakse selv. Det indikerer at mørkestoffpartikler, om noen, vil være kollisjonsløse partikler, slik de fleste av teoriene sier i dagens astronomi.
Fraser: Å, jeg skjønner, så de faktiske partiklene som kan forårsake denne mørke saken er enten så små, eller så svake samspill at de ikke engang kaster seg sammen. Og hvis de bonk sammen, ville du faktisk se en jevnere distribusjonsspray. Så basert på funnene du har fått, hva ville være neste trinn i forskningen din?
Dr. Jee: Advanced Camera for Surveys-programmet omfatter mer enn 15 galakse-klynger som er veldig veldig interessante. Dette er bare de to første resultatene. Vi tror at hvis vi fullfører våre 15 galakse-klynger for undersøkelsen, så vil vi ha et tydeligere bilde av hvordan den mørke materien og den normale saken samvirker, muligens av tyngdekraften sammen. Og vi kan ha en mer klar idé om hvordan den mørke saken bidrar til dannelsen av storskala-strukturen i universet.
Fraser: Og basert på forskningen du har gjort så langt, har du en kjæledyrsteori for hva den mørke saken kan være?
Dr. Jee: Vel, hvis du går til Astro-ph-nettstedet, er det nettstedet som folk laster opp sine forskjellige forskningsartikler, og det er omtrent 10 eller 15 artikler om dagen. Og det er mange spekulasjoner om dette som er veldig attraktive og plausible. Men jeg antar at naturen til mørk materie kan bli besvart om 10 eller 15 år fra nå, men vi søker fortsatt. Forskningen vår gir en enestående oppløsning av mørk materie kan skille mellom kollisjons- og kollisjonsløse partikler.
Fraser: Og er det andre instrumenter enn Hubble som kan gjøre dette arbeidet?
Dr. Jee: Vi kan gjøre gravitasjonslinser ved hjelp av de bakkebaserte teleskopene. Faktisk var det i 1990 at folk først oppdaget den mørke saken ved hjelp av gravitasjonslinser. Men når du gjør gravitasjonslinsen ved hjelp av et bakkebasert teleskop, er oppløsningen så dårlig. Med andre ord, den atmosfæriske turbulensen vil smøre gravitasjonslinsen slik at vi ikke kan se et bilde av veldig høy kvalitet av den mørke saken. Men hvis vi bruker teleskopet i verdensrommet, uskarper det ikke formen på bakgrunnsbildet, slik at du sparer gravitasjonslinsesignalet. Vi kan komme med et veldig høyt oppløsningsbilde av distribusjon av mørk materie.
Fraser: Og et større instrument vil gi deg et bedre bilde.
Dr. Jee: Definitivt. Det neste teleskopet er JWST (James Webb Space Telescope) vil effektivt øke oppløsningen av betydningen av mørk materie med en faktor på 10 eller mer.
Fraser. Tror du at du ville se noe vesentlig annerledes med 10x-oppløsningen?
Dr. Jee: Den globale formen for distribusjon av mørk materie vil ikke endre seg veldig mye, men i så fall kan vi kanskje sammenligne strukturen til mørk materie med hensyn til galaksen. I så fall kan vi være i stand til å svare på om mørkstoffpartiklene har noen kollisjonsegenskaper. I begynnelsen sa jeg at det jeg har funnet stemmer overens med den kollisjonsløse hypotesen. Men det har vært noen forslag om at mørkstoffpartikler kan ha noen veldig små kollisjonsegenskaper. Så vi kunne bestemme forskyvningen mellom mørk materie og galakse materie. Det gir deg mange mulige begrensninger for kollisjonstverrsnittene mellom normale og mørke partikler.
Denne forskningen ble rapportert i Space Magazine 13. desember 2005.
