Bliższe spojrzenie na ciemną stronę wszechświata

Ciemna materia to niewidzialna substancja, stanowiąca prawdopodobnie nawet do 27% materii wszechświata. Jej grawitacyjna siła przyciągania zapobiega oddzielaniu się od siebie galaktyk na skutek prędkości, z jaką wirują. Ciemna energia z kolei rozpiera wszechświat, zwiększając prędkość, z jaką kosmos się rozszerza. Naukowcy są zdania, że ciemna energia może stanowić nawet około 70% wszechświata, podczas gdy znane cząsteczki stanowią jedynie 5%.

Dlaczego właściwie ciemna materia i ciemna energia pozostawały do dzisiaj zagadką, pomimo wielu możliwych wytłumaczeń proponowanych w obu przypadkach. Naukowcy pracujący w ramach finansowanego przez UE projektu "Understanding the dark universe with 3D weak gravitational lensing" (DARKMATTERDARKENERGY) do zbadania tego ciemnego sektora wykorzystali najskuteczniejszą z dotychczas opracowanych technik: soczewkowanie grawitacyjne.

Ciemna materia nie wchodzi w interakcję z siłami elektromagnetycznymi działającymi pomiędzy naładowanymi cząsteczkami, dlatego też nie emituje i nie odbija światła. Wydaje się jednak, że odgrywa ona kluczową rolę w kształtowaniu wszechświata w większej skali, wchodząc w interakcje z grawitacją. Krzywizna czasoprzestrzeni w pobliżu masy grawitacyjnej, w tym ciemnej materii, zagina promienie światła, zniekształcając w ten sposób obrazy galaktyk w tle.

Wyniki pomiarów rozkładu ciemnej materii obserwowanej dzięki soczewkowaniu grawitacyjnemu w 65 gromadach galaktyk zostały porównane z rozkładem gazów ustalonym na podstawie emisji promieniowania rentgenowskiego oraz rozproszenia fotonów tła kosmicznego w paśmie mikrofalowym. Porównanie to doprowadziło do zaskakujących wniosków. Okazało się, że w gromadach o różnej masie stosunek jasności do temperatury nie zmienił się od 5 milionów lat.

Wyniki analizy zderzeń między gromadami galaktyk okazały się jeszcze bardziej zagadkowe. Podczas obserwacji prowadzonych za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, teleskopu kosmicznego Chadra pracującego w paśmie rentgenowskim oraz Bardzo Dużego Teleskopu naziemnego ESO zespół DARKMATTERDARKENERGY odnalazł cztery takie zderzenia. Razem z odkrytą w 2006 r. "gromadą Pocisk", obserwowane zderzenia między gromadami galaktyk dostarczyły pewnych dowodów na interakcje ciemnej materii ze zwykłą materią.

Jeśli te wyniki są prawidłowe i ciemna materia wchodzi w interakcje częściej niż podejrzewano, potwierdzałoby to istnienie ciemnej materii i ciemnej energii. Co ważniejsze, wyniki te umożliwiłyby dokładniejsze oszacowanie ilości tej tajemniczej substancji. W tym celu naukowcy poszerzyli zakres prac w ramach projektu DARKMATTERDARKENERGY o nowe eksperymenty z zastosowaniem takich narzędzi, jak teleskop ESA Euclid.