Jest kilka rzeczy, które ekscytują nas bardziej niż tajemnice ciemnej materii i krzywizna czasoprzestrzeni, ale kiedy jesteś owinięty w oszałamiający obraz pierścienia Einsteina, wiesz, że jesteś w czymś wyjątkowym.
W 2014 r. Atakam Big milimetr / submilimetr Array Grid (ALMA) w Chile zaobserwował uderzający dziwak kosmiczny podczas kampanii Long Baseline. Zobaczyła odległą galaktykę zniekształconą nie do poznania przez pole grawitacyjne ogromnej galaktyki na pierwszym planie. Jest to tak zwany „pierścień Einsteina”, nazwany na cześć ogólnej teorii względności Einsteina, która przewidywała, że czasoprzestrzeń może być wygięta dzięki obecności silnego pola grawitacyjnego.
W tym przypadku na pierwszym planie znajduje się galaktyka przed dalszą galaktyką, znajdującą się około 12 miliardów lat świetlnych od Ziemi, w wyniku czego światło odległej galaktyki zakrzywia się, aby ominąć zakrzywioną czasoprzestrzeń. Rezultatem był prawie idealny krąg galaktycznego światła, który ALMA uznała za jeden z najbardziej znanych przykładów soczewkowania grawitacyjnego. Soczewkowanie grawitacyjne jest powszechne w obserwacjach w przestrzeni kosmicznej, gdy masywne galaktyki i gromady galaktyk wyginają czasoprzestrzeń jako ciągliwy arkusz gumy, często tworząc „zakrzywiony” efekt lustra, który zniekształca obserwowane formy odległych galaktyk, których światło zajęło niechlujną drogę przez splątany krajobraz czasoprzestrzenny. Ale czasami, jak się okazało w tym przykładzie, wyrównanie może być tak doskonałe, że światło odległej galaktyki może zostać zdeformowane wokół symetrycznego pierwszego planu galaktyki, tworząc pierścień przypominający płomień świecy za szkłem powiększającym. Soczewki grawitacyjne są naturalnymi soczewkami powiększającymi wszechświata i są używane na przykład z Kosmicznym Teleskopem Hubble'a, aby zwiększyć jego moc obserwacyjną w ramach projektu Pola graniczne.
Chociaż wygląda to jak idealny pierścień, ta szczególna obserwacja soczewki grawitacyjnej „SDP.81” ma niewielkie zniekształcenia pierścieniowe, a astronomowie wykorzystali te zniekształcenia do wykrycia obecności niewidzialnej galaktyki karłowatej znajdującej się w bezpośrednim sąsiedztwie bardziej masywnej galaktyki obiektywu. A ta maleńka gromada gwiazd jest wypełniona ciemną materią.
„Możemy znaleźć te niewidzialne obiekty w taki sam sposób, w jaki można zobaczyć krople deszczu na oknie” - oświadczył Yashar Hezaveh z Uniwersytetu Stanforda w Kalifornii. „Wiesz, że tam są, ponieważ zniekształcają obraz obiektów tła”. Krople deszczu subtelnie załamują światło, zniekształcając światło przechodzące przez okno; w podobny sposób pole grawitacyjne niewidzialnej galaktyki karłowatej tworzy niewielkie zniekształcenia w pierścieniu Einsteina, ujawniając jego obecność w niewielkiej deformacji czasoprzestrzeni.
Znalezienie tego zniekształcenia i zrozumienia, że było to spowodowane obecnością niewidzialnej galaktyki, nie było łatwym zadaniem i wymagało ogromnych kosztów obliczeniowych, wymagających w szczególności czasu na jednym z najpotężniejszych superkomputerów na świecie, National Science Foundation Blue Waters. Ze względu na bliskość większej galaktyki, jej szacowaną masę i brak danych optycznych, zespół Hezaveh uważa, że znaleźli bardzo słabą galaktykę karłowatą zdominowaną przez ciemną materię.
Zgodnie z przewidywaniami duże galaktyki powinny mieć dużą populację satelitów karłowatych, ale badania astronomiczne mogą wykryć tylko kilka przykładów. Nasza galaktyka, jak wiadomo, ma około 40 takich satelitów, ale modele przewidują, że powinny istnieć tysiące podobnych.
„Ta rozbieżność między obserwowanymi i przewidywanymi danymi na temat liczby satelitów była głównym problemem kosmologii od prawie dwóch dekad, niektórzy badacze nazywali to nawet„ kryzysem ”, powiedział członek zespołu Neal Dalal z University of Illinois. „Jeśli te karłowate obiekty są zbudowane z ciemnej materii, może to wyjaśniać rozbieżność, sugerując nowe zrozumienie prawdziwej natury ciemnej materii”.
Teraz jest nadzieja, że wiele innych soczewek grawitacyjnych może być badanych w poszukiwaniu zniekształceń spowodowanych przez inne krasnoludy z dominacją ciemnej materii, i mamy nadzieję wyjaśnić, skąd wzięła się ta dziwna rozbieżność obserwacji w porównaniu do teorii. Jeśli możemy to zrobić, to być może będziemy mogli lepiej wyjaśnić ciemne modele materii i pójść o krok bliżej do zrozumienia, dlaczego ciemna materia stanowi 85 procent całkowitej masy we Wszechświecie.
