Havainnot kääpiögalaksien sulautumisesta kiertävän gravitaatiolaboratorion LISA: n kanssa auttavat tähtitieteilijöitä ymmärtämään, onko raskasta pimeää ainetta olemassa ja mitä ominaisuuksia sillä on. Teoreettisten fyysikkojen artikkeli julkaistiin Astrophysical Journal -kirjeissä.
Olemme osoittaneet, että kääpiögalaksien ja niiden keskuksissa olevien mustien aukkojen fuusioiden tiheys riippuu suoraan siitä, kuinka paljon tummaa ainetta niiden sisällä on. Nykyään teoreetikot uskovat, että sitä on oltava paljon, minkä vuoksi epäilimme pitkään, että se vaikuttaisi heidän kosmologisiin ominaisuuksiinsa”, kertoi Lucio Mayer Zürichin yliopistosta (Sveitsi).
Universumin säikeet
Pitkään tiedemiehet uskoivat, että maailmankaikkeus koostuu aineesta, jonka näemme ja joka muodostaa perustan kaikille tähdille, mustille aukoille, sumuille, pölyryhmille ja planeetoille. Ensimmäiset tähtien nopeuden havainnot läheisissä galakseissa osoittivat, että laitamilla olevat tähdet liikkuvat mahdottoman suurella nopeudella, noin kymmenen kertaa korkeammalla kuin kaikkien tähtien massaan perustuvat laskelmat.
Syynä tähän oli nykypäivän tutkijoiden mukaan niin kutsuttu pimeä aine - salaperäinen aine, jonka osuus maailmankaikkeudessa on noin 75% aineen massasta. Tyypillisesti kukin galaksi sisältää noin kahdeksan - kymmenen kertaa enemmän pimeää ainetta kuin sen näkyvä serkku, ja tämä pimeä aine pitää tähdet paikallaan ja estää niiden leviämistä.
Epäonnistuneet pimeän aineen etsinnät maasta, kuten Meyer toteaa, saa monet tutkijat epäilemään, onko se periaatteessa olemassa tai että se koostuu supersankareista ja "kylmistä" hiukkasista - "WIMP: t", jotka eivät ilmene millään muulla tavalla kuin houkuttelemalla näkyviä klustereita asia.
Mayer ja hänen kollegansa pohtivat, mistä ja miten tämän luotettavan pimeän aineen "luotettavimmat" jäljet löytyisivät. Heidän huomionsa kiinnitettiin esineisiin, joiden tavanomaisten kosmologisten teorioiden ennustetaan muodostuvan melkein kokonaan tästä aineesta - himmeimmistä kääpiögalakseista.
Mainosvideo:
Avaruus "mikseri"
Tutkijat ovat luoneet tietokonemallin sellaisista "tähtimegakaupungeista", joiden avulla he voivat työntää niitä toisiaan ja muita esineitä vasten sekä muuttaa näkyvän ja pimeän aineen massan suhdetta sekä niiden jakautumista galakseissa.
Nämä laskelmat osoittivat yllättäen, että mustien keskiaukkojen käyttäytyminen tällaisissa galakseissa, samoin kuin niiden sulautumistiheys, riippuu voimakkaasti pimeän aineen läsnäolosta ja yhdestä sen erityisominaisuudesta - kuinka paljon sen tiheys eroaa näiden kääpiöiden laitamilla ja keskuksissa.
Kävi ilmi, että mustat aukot voivat lähestyä toisiaan, muodostaa läheisiä pareja ja sulautua vain silloin, jos pimeä aine on jakautunut erittäin epätasaisesti tällaisiin galakseihin. Vastaavasti niiden fuusion tiheyden tarkkailu voi kertoa meille, kuinka tumma aine on jakautunut maailmankaikkeuteen ja onko sitä periaatteessa olemassa.
Kuinka laskea tällaiset "kosmiset onnettomuudet"? Lyhyen matkan päässä kiertävät supermassiiviset mustat aukot lähettävät hyvin matalataajuisia gravitaatioaaltoja. Ne ovat näkymättömiä maanpäällisille kaukoputkille, mutta hyvin näkyvissä kiertävälle gravitaatiotutkimuslaitokselle LISAlle, jonka rakentaminen alkaa vuoden 2020 jälkipuoliskolla.
Se on joukko kolmesta satelliitista, joiden on seurattava aika-ajan vaihteluita tarkkailemalla, kuinka gravitaatioaallot taipavat kaikki kolme LISA-laitetta yhdistävän lasersäteen polun.
Meyer ja hänen kollegansa toivovat, että LISA-havainnot auttavat tutkijoita vahvistamaan pimeän aineen olemassaolon ja mitkä sen rakennetta kuvaavat teoriat ovat lähempänä maailmankaikkeuden elämän mysteerien ratkaisemista.
