Σκοτεινή ύλη: Αστρονόμοι χαρτογραφούν τη σκοτεινή ύλη συγκρίνοντας παρατηρήσεις και προσομοιώσεις

Περίπου 85% της ύλης του σύμπαντος έχει τη μορφή της σκοτεινής ύλης, της οποίας η φύση παραμένει ένα μυστήριο. Το υπόλοιπο της ύλης στο σύμπαν είναι του είδους που βρίσκεται στα άτομα. Οι αστρονόμοι μελετώντας την εξέλιξη στο σύμπαν βρήκαν ότι η σκοτεινή ασκεί βαρύτητα και επειδή είναι σε τόσο μεγάλη αφθονία, κυριαρχεί στο σχηματισμό στις δομές μεγάλης κλίμακας στο σύμπαν όπως τα σμήνη των γαλαξιών. Είναι, περιττό να λεχθεί, δύσκολο να παρατηρηθεί άμεσα και δεν παρουσιάζει στοιχεία αλληλεπίδρασης με τον εαυτό της ή την άλλη ύλη, διαφορετικής από αυτή της βαρύτητας, όμως ευτυχώς μπορεί να παρακολουθείται από τη διαμόρφωση μοντέλων ευαίσθητων παρατηρήσεων των κατανομών των γαλαξιών σε ένα εύρος κλιμάκων.

Οι γαλαξίες γενικώς ενυπάρχουν στα κέντρα τεράστιων όγκων σκοτεινής ύλης που ονομάζονται άλω επειδή περιβάλλουν τα σμήνη των γαλαξιών. Η βαρυτική εστίαση των πιο απομακρυσμένων γαλαξιών από τις άλω σκοτεινής ύλης προσφέρει ένα ιδιαίτερα μοναδικό και ισχυρό εργαλείο ανίχνευσης της λεπτομερούς κατανομής της σκοτεινής ύλης. Η αποκαλούμενη ισχυρή βαρυτική εστίαση δημιουργεί υψηλής παραμόρφωσης, μεγεθυμένες και ευκαιριακά πολλαπλές εικόνες μιας μόνο πηγής, η αποκαλούμενη ασθενής εστίαση οδηγεί σε μέτρια ακόμη συστηματικώς παραμορφωμένα σχήματα των υποκείμενων γαλαξιών που μπορούν επίσης να παρέχουν ισχυρούς περιορισμούς στην κατανομή της σκοτεινής ύλης μέσα στα σμήνη.

Η Annalisa Pillepich και ο Lars Hernquist, αστρονόμοι στο Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) [συνδυάζει πόρους και εγκαταστάσεις των Harvard College Observatory και Smithsonian Astrophysical Observatory], και οι συνεργάτες τους συνέκριναν βαρυτικά παραμορφωμένες εικόνες του γαλαξιακού σμήνους Abell 2744 (εικόνα) και δυο άλλων σμηνών, με τα αποτελέσματα προσομοιώσεων σε υπολογιστή των άλω σκοτεινής ύλης. Αυτό που βρήκαν ο ερευνητές, σε συμφωνία με βασικές προβλέψεις στη συμβατική εικόνα της σκοτεινής ύλης, ότι ο λεπτομερείς γαλαξιακές υποδομές εξαρτώνται από την κατανομή της άλω της σκοτεινής ύλης και ότι η ολική μάζα και το φως ακολουθεί το ένα το άλλο. Βρήκαν επίσης μερικές ανακολουθίες: η ακτινική κατανομή της σκοτεινής ύλης είναι διαφορετική από ότι προβλέπονταν από τις προσομοιώσεις και τα αποτελέσματα της παλιρροϊκής απογύμνωσης και της τριβής στους γαλαξίες είναι μικρότερα από ότι αναμένονταν, όμως υποστηρίζεται ότι τα θέματα αυτά μπορεί να επιλυθούν με περισσότερο ακριβείς προσομοιώσεις. Ωστόσο, συνολικά το καθιερωμένο μοντέλο της σκοτεινής ύλης κάνει εξαιρετική και επιβεβαιωτική δουλειά στην περιγραφή της διαμόρφωσης γαλαξιακών σμηνών.

Πηγή: CfA

Περισσότερα στη δημοσίευση: Mapping Substructure in the HST Frontier Fields Cluster Lenses and in Cosmological Simulations. MNRAS 468, 1962, 2017