Pozorování sloučení trpasličích galaxií s obíhající gravitační observatoří LISA pomohou astronomům pochopit, zda těžká temná hmota existuje a jaké má vlastnosti. Článek teoretických fyziků byl publikován v astrofyzikálních časopisech.
"Ukázali jsme, že frekvence sloučení mezi trpasličími galaxiemi a černými dírami v jejich středech bude přímo záviset na tom, kolik temné hmoty je v nich přítomno." Teoretici se dnes domnívají, že toho musí být hodně, a proto jsme dlouho předpokládali, že to ovlivní jejich kosmologické vlastnosti, “uvedl Lucio Mayer z univerzity v Curychu (Švýcarsko).
Vlákna vesmíru
Vědci dlouho věřili, že vesmír se skládá z hmoty, kterou vidíme a která tvoří základ všech hvězd, černých děr, mlhovin, shluků prachu a planet. Ale první pozorování rychlosti hvězd v blízkých galaxiích ukázalo, že hvězdy na okraji se pohybují neuvěřitelně vysokou rychlostí, asi desetkrát vyšší, než ukazují výpočty založené na hmotnosti všech hvězd.
Důvodem podle dnešních vědců byla takzvaná temná hmota - záhadná látka, která představuje asi 75% hmoty hmoty ve vesmíru. Každá galaxie obvykle obsahuje asi osm až desetkrát více temné hmoty než její viditelný bratranec a tato temná hmota drží hvězdy na svém místě a brání jim v rozptylu.
Neúspěšné hledání stop temné hmoty na Zemi, jak poznamenává Meyer, způsobuje, že mnoho vědců pochybuje o tom, že v zásadě existuje, nebo že je složena z mimořádně těžkých a „chladných“částic - „WIMP“, které se neprojevují jiným způsobem než přilákáním viditelných shluků hmota.
Mayer a jeho kolegové přemýšleli, kde a jak lze najít nejspolehlivější stopy této formy temné hmoty. Jejich pozornost byla upoutána na objekty, o nichž předpovídají, že by je měly běžné kosmologické teorie skládat téměř výhradně z této látky - nejtemnější trpasličí galaxie.
Propagační video:
Vesmírný „mixér“
Vědci vytvořili počítačový model takových „hvězdných megacities“, který jim umožnil tlačit je proti sobě a ostatním objektům, stejně jako měnit poměr hmotnosti viditelné a temné hmoty, stejně jako jejich distribuci napříč galaxiemi.
Tyto výpočty neočekávaně ukázaly, že chování centrálních černých děr v takových galaxiích, stejně jako frekvence jejich slučování, budou silně záviset na přítomnosti temné hmoty a jedné z jejích specifických vlastností - nakolik se její hustota liší na okraji a středech těchto trpaslíků.
Ukázalo se, že černé díry se mohly k sobě přiblížit, vytvořit blízké páry a sloučit se pouze v těch případech, pokud by temná hmota byla nad takovými galaxiemi distribuována extrémně nerovnoměrně. V souladu s tím nám sledování frekvence jejich spojování může říci, jak je temná hmota distribuována po celém vesmíru a zda v zásadě existuje.
Jak vypočítat takové „kosmické nehody“? Supermasivní černé díry obíhající na krátkou vzdálenost od sebe budou vyzařovat velmi nízkofrekvenční gravitační vlny. Budou neviditelné pro pozemské dalekohledy, ale dobře je viditelné pro obíhající gravitační observatoř LISA, jejíž stavba bude zahájena ve druhé polovině roku 2020.
Jedná se o sadu tří satelitů, které musí sledovat fluktuace v časoprostoru a sledovat, jak gravitační vlny odklánějí cestu laserových paprsků spojujících všechna tři zařízení LISA.
Meyer a jeho kolegové doufají, že pozorování LISA pomohou vědcům potvrdit existenci temné hmoty a které teorie popisující její strukturu se blíží řešení záhad života vesmíru.