Ciemna materia jest niezwykle irytującą cechą naszego wszechświata. Z jednej strony wiemy o niej całkiem sporo: wiemy, że gromadzi się wokół galaktyk, tworząc charakterystyczne halo wokół nich, wiemy, że jest jej znacznie więcej niż materii widzialnej, wiemy nawet, jak ze sobą oddziałuje. Z drugiej jednak strony wciąż nie udało nam się złapać ani jednej cząstki ciemnej materii, ani ustalić nawet, z jakich cząstek się ona składa. Trzeba jednak pracować na tym, co jest nam dostępne. Z tego też powodu naukowcy postanowili sprawdzić… jak szybko może poruszać się ciemna materia. Wyniki tego badania właśnie zostały opublikowane na portalu preprintów naukowych arXiv.
W swojej pracy naukowcy skupili się na efekcie znanym jako tarcie dynamiczne, choć nazwa w tym przypadku może być myląca, bowiem chodzi tutaj tak naprawdę o swego rodzaju opór grawitacyjny. Zjawisko to jednak nie jest nowe, bowiem zostało wprowadzone do świata nauki już w 1943 roku do opisu oddziaływań grawitacyjnych ciała rozproszonego.
Wyobraź sobie masywną gwiazdę poruszającą się przez gromadę czerwonych karłów. Chociaż żadna z gwiazd prawdopodobnie się z żadną inną nie zderzy, interakcje grawitacyjne między nimi będą miały wpływ na ruchy wszystkich tych gwiazd. Masywna gwiazda będzie zwalniać, opuszczając gromadę dzięki przyciąganiu grawitacyjnemu pochodzącemu ze strony wszystkich czerwonych karłów w tejże gromadzie.
Z drugiej strony czerwone karły nieco przyspieszą, bowiem zostaną lekko przyciągnięte przez przelatującą w ich otoczeniu masywną gwiazdę. Jeśli prześledzisz zmianę prędkości gwiazd w gromadzie, możesz określić, jak szybko gromada poruszała się przed zderzeniem.
Dokładnie ten sam efekt może wystąpić pomiędzy materią widzialną a ciemną materią. Obecność ciemnej materii wpływa na ruch gwiazd w galaktyce, co dzięki tarciu dynamicznemu zaburza kształt galaktyki.
Mapując zniekształcenia samej galaktyki, teoretycznie można obliczyć ruch ciemnej materii, która ją otacza. Naukowcy postanowili potwierdzić swoją teorię, znajdując zniekształcone galaktyki, które nie są częścią gęstej gromady galaktyk. Założenie było bowiem takie, że jeżeli galaktyka jest odizolowana od innych masywnych galaktyk, jej zniekształcenie musi być spowodowane przez ciemną materię.
Następnie autorzy porównali kształt tych zniekształconych galaktyk z symulacjami n ciał, aby odwzorować ruch ciemnej materii. Jedną z obaw, jakie mieli, było to, że niepewność danych będzie zbyt duża, aby można było nałożyć jakiekolwiek znaczące ograniczenia na ciemną materię.
Ostatecznie jednak udało się wykazać, że rozrzut danych w próbce wynosi jedynie około 10 proc. Oznacza to, że — ku zdumieniu naukowców — jest on wystarczająco precyzyjny, aby zastosować go do pobliskich galaktyk. Na przykład szczegółowe obserwacje Wielkiego Obłoku Magellana za pomocą kosmicznego obserwatorium Gaia, które mapuje położenie, odległości i prędkości ponad miliarda gwiazd w naszej galaktyce, powinny pozwolić astronomom zorientować się w prędkości znajdującej się tam ciemnej materii.
Pomysł zatem był trafiony. Skoro jesteśmy w stanie ustalić, w jaki sposób i z jaką prędkością porusza się ciemna materia wewnątrz galaktyki na podstawie tego, jak porusza się w niej materia zwyczajna, to być może po przeanalizowaniu większej liczby galaktyk, otrzymamy więcej danych dot. zachowania i interakcji ciemnej materii. W ten sposób być może będziemy w stanie zebrać wystarczająco dużo informacji o tym, czym tak naprawdę jest ciemna materia.
Źródło: 1