Astronomi “nofotografē” noslēpumainu tumšu objektu tālajā Visumā
Plašs ASV un Eiropas radio teleskopu tīkls, novērojot tālu radio galaktiku, ir atklājis nelielu tumšu objektu. Tas datos izskatās tikai kā sakniebiens, taču liecina, ka mazas masas tumšās matērijas sakopojumi ir plaši izplatīti, apstiprinot teorijas par Visuma uzbūvi un attīstību. Pētījumā piedalījās arī VeA institūta “Ventspils Starptautiskais radioastronomijas centrs” (VSRC) teleskopi.
Starptautiska astronomu komanda ir atradusi mazas masas tumšu objektu tālajā Visumā — nevis tieši novērojot tā izstaroto gaismu, bet gan atklājot niecīgu gravitācijas radītu gaismas izkropļojumu no citas tālas galaktikas. Šī noslēpumainā objekta masa ir aptuveni miljons reižu lielāka nekā mūsu Saules masa, un tā atklāšana saskan ar pašreiz labāk pieņemto teoriju par to, kā veidojušās galaktikas, tostarp Piena Ceļš.
“Tā kā tumšās matērijas objektus mēs tieši redzēt nevaram, mēs izmantojam ļoti tālas galaktikas kā fona gaismas avotus, lai meklētu šo objektu gravitācijas atstātās pēdas.”
“Tumšu objektu, kas neizstaro gaismu, meklēšana, protams, ir sarežģīta,” saka Dr. Devons Pauels (Devon Powell) no Maksa Planka Astrofizikas institūta (MPA) un pētījuma vadošais autors, kura rezultāti publicēti žurnālā Nature Astronomy. “Tā kā tos mēs tieši redzēt nevaram, mēs izmantojam ļoti tālas galaktikas kā fona gaismas avotus, lai meklētu šo objektu gravitācijas atstātās pēdas.”
Tumšā matērija ir noslēpumaina matērijas forma, kura neizstaro gaismu, taču tai piemīt liela masa, kas ir būtiska, lai saprastu, kā veidojusies zvaigžņu un galaktiku bagātība, ko redzam nakts debesīs. Tā kā tumšo matēriju nav iespējams novērot tieši, tās īpašības var noteikt tikai ar gravitācijas lēcas efektu — kad tālāka objekta gaisma tiek mainīta un novirzīta tumšā objekta gravitācijas dēļ, izveidojot raksturīgu lokveida attēlu.
Komanda izmantoja teleskopu tīklu no visas pasaules, tostarp Grīnbenkas teleskopu (GBT), Ļoti garās bāzes interferometru (VLBA) un Eiropas interferometrisko tīklu (EVN), kurā ietilpst arī VSRC radioastronomiskā observatorija Irbenē. Dati tika apkopoti Apvienotajā VLBI institūtā (JIVE) Nīderlandē, izveidojot Zemes izmēra “superteleskopu”, kas spēja uztvert smalkus gravitācijas lēcas signālus no tumšā objekta. Tika noskaidrots, ka objekta masa ir aptuveni miljons reižu lielāka par Saules masu un tas atrodas apmēram 10 miljardu gaismas gadu attālumā no Zemes — laikā, kad Visumam bija tikai 6,5 miljardi gadu.
“Jau pirmajā augstas izšķirtspējas attēlā mēs uzreiz pamanījām ‘sakniebienu’ gravitācijas lokā — drošu pazīmi, ka esam kaut ko atraduši.”
Šis ir mazākās masas objekts, kas jebkad atrasts, izmantojot šo metodi — aptuveni 100 reižu mazākas masas nekā iepriekšējie atklājumi. Lai sasniegtu šādu jutīguma līmeni, komandai nācās izveidot ļoti precīzu debesu attēlu, izmantojot radio teleskopus visā pasaulē. Profesors Džons Makkīns (John McKean) no Groningenas Universitātes (RuG), Pretorijas Universitātes (UP) un Dienvidāfrikas Radioastronomijas observatorijas (SARAO), kurš vadīja datu vākšanu, skaidro:
“Jau pirmajā augstas izšķirtspējas attēlā mēs uzreiz pamanījām ‘sakniebienu’ gravitācijas lokā — drošu pazīmi, ka esam kaut ko atraduši. Tikai neliels masas sakopojums starp mums un tālo radio galaktiku varētu radīt šādu efektu.”
Lai analizētu milzīgo datu apjomu, komandai bija jāizstrādā jauni modelēšanas algoritmi, kurus varēja darbināt tikai ar superdatoriem. “Dati ir tik apjomīgi un sarežģīti, ka mums nācās izstrādāt jaunas skaitliskās pieejas to modelēšanai. Tas nebija vienkārši, jo šāda lieta līdz šim nebija darīta,” sacīja Dr. Simona Vedžeti (Simona Vegetti) no MPA. “Mēs uzskatām, ka katra galaktika, tostarp mūsu Piena Ceļš, ir pilna ar tumšās matērijas sakopojumiem, taču to atrašana un pierādīšana prasa milzīgu skaitļošanas darbu.” Komanda izmantoja īpašu paņēmienu, ko sauc par gravitācijas attēlošanu (gravitational imaging), kas ļāva “ieraudzīt” neredzamo tumšās matērijas sakopojumu, kartējot tā gravitācijas lēcas efektu uz spožā radio loka fona.
“Mēs uzskatām, ka katra galaktika, tostarp mūsu Piena Ceļš, ir pilna ar tumšās matērijas sakopojumiem.”
“Ņemot vērā mūsu datu jutīgumu, mēs sagaidījām, ka atradīsim vismaz vienu tumšu objektu, tāpēc šis atklājums atbilst tā dēvētajai aukstās tumšās matērijas teorijai, uz kuras balstās lielākā daļa mūsu izpratnes par galaktiku veidošanos,” skaidro Pauels. “Tagad, kad esam atraduši vienu, nākamais jautājums ir — vai atradīsim vēl, un vai to skaits atbildīs teorētiskajiem modeļiem.”
Komanda turpina padziļinātu analīzi, lai labāk saprastu, kas īsti ir šis noslēpumainais tumšais objekts. Viņi arī pēta citas debess daļas, lai atrastu vairāk šādu mazas masas tumšo objektu, izmantojot to pašu paņēmienu. Ja līdzīgi objekti tiks atrasti arī citur un tie patiešām izrādīsies pilnīgi bez zvaigznēm, tad dažas tumšās matērijas teorijas var nākties noraidīt.
Attēls. Infrasarkanā (melnbalts) un radio starojuma (krāsains) datu atspoguļojums. Tumšais, mazas masas objekts atrodas spraugā spožās loka daļas labajā pusē, taču tas neizstaro gaismu ne infrasarkanajā, ne radio diapazonā. Tuvinātajā attēlā redzams ieliekums spožajā radio lokā, kur tumšā objekta papildu masa tiek gravitacionāli “attēlota” ar komandas izstrādātajiem sarežģītajiem modelēšanas algoritmiem. Tumšais objekts norādīts ar baltu plankumu loka ieliekuma vietā, taču līdz šim no tā nav reģistrēta gaisma ne optiskajā, ne infrasarkanajā, ne radio diapazonā. Keck/EVN/GBT/VLBA
Papildus informācija:
Gravitācijas lēca: astrofizikāla parādība, ko astronomi izmanto, lai mērītu struktūru masas īpašības Visumā. Tā ir Einšteina vispārīgās relativitātes teorijas sekas, kurā masa Visumā izliec telpu. Ja priekšplāna (lēcojošā) objekta – parasti galaktikas vai galaktiku kopas – masa ir pietiekami liela, tad gaisma no fona objektiem tiek izkropļota, un pat var veidoties vairāki attēli. Šajā sistēmā, ko sauc B1938+666, priekšplāna infrasarkanā spožā galaktika (redzama gredzena centrā) rada skaistu Einšteina gredzenu no tālās galaktikas attēla. Tomēr tālā galaktika ir arī spoža radio diapazonā, radot skaistus vairākkārtējus attēlus un gravitācijas lokus (redzami sarkanā krāsā).
Ļoti garās bāzes interferometrija (VLBI): Radio novērojumi veikti, izmantojot tīklā savienotus radio teleskopus. Šī novērošanas metode ļauj astronomiem uzlabot datu attēla asumu un atklāt ļoti mazas spožuma svārstības, ko citādi nebūtu iespējams pamanīt. Piemēram, VLBI datu izšķirtspēja ir 13 reizes labāka nekā infrasarkanā attēla iegūšana ar W. M. Keck teleskopa adaptīvās optikas sistēmu (attēlos redzama melnbaltā krāsā). Novērojumos izmantotie teleskopi bija Grīnbenkas (Green Bank) teleskops Apvienotajā Karalistē, Nacionālās Radioastronomijas observatorijas (ASV) Ļoti garās bāzes masīvs (VLBA), kā arī Eiropas VLBI tīkla teleskopi, tostarp tie, atrodas Irbenē, Latvijā.
Gravitācijas attēlošana: Tā ir jauna metode, ko astronomi izmanto, lai “redzētu” masu Visumā, pat ja tā neizstaro gaismu. Šī metode izmanto pagarinātos gravitācijas lokus, lai meklētu nelielas novirzes, ko var izraisīt tikai papildu neredzama masas komponenta klātbūtne. Apvienojot šo metodi ar izcilo augstas leņķa izšķirtspējas attēlveidošanu no VLBI datiem, komandai izdevās atklāt līdz šim mazākās masas tumšā objekta klātbūtni.
Saites uz zinātniskajiem rakstiem:
Powell et al. https://www.nature.com/articles/s41550-025-02651-2
McKean et al. https://doi.org/10.1093/mnrasl/slaf039
Dalīties ar ziņu
Citi jaunumi
