Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Galaktyki nie potrzebują ciemnej materii? Coraz większy rozdźwięk między teorią a obserwacjami

Recommended Posts

Międzynarodowy zespół naukowy, na którego czele stoją uczeni z Holandii, informuje, że nie znalazł śladów ciemnej materii w galaktyce AGC 114905. Obecnie powszechne jest przekonanie, że galaktyki mogą istnieć wyłącznie dzięki ciemnej materii, której oddziaływanie utrzymuje je razem.

Przed dwoma laty Pavel Mancera Piña i jego zespół z Uniwersytetu w Groningen poinformowali o zidentyfikowaniu sześciu galaktyk, zawierających niewiele lub nie zawierających w ogóle ciemnej materii. Wówczas usłyszeli od swoich kolegów, by lepiej poszukali, a przekonają się, że musi tam ona być. Teraz, po prowadzonych przez 40 godzin obserwacjach za pomocą Very Large Array (VLA) uczeni potwierdzili to, co zauważyli wcześniej – istnienie galaktyk bez ciemnej materii.

AGC 114905 znajduje się w odległości 250 milionów lat świetlnych od Ziemi. To skrajnie rozproszona galaktyka (UDG – ultra diffuse galaxy) karłowata, ale określenie „karłowata” odnosi się w jej przypadku do jasności, a nie wielkości. Galaktyka jest bowiem wielkości Drogi Mlecznej, ale zawiera około 1000-krotnie mniej gwiazd. Przeprowadzone obserwacje i analizy przeczą przekonaniu, jakoby wszystkie galaktyki, a już na pewno karłowate UDG, mogły istnieć tylko dzięki utrzymującej je razem ciemnej materii.

Pomiędzy lipcem a październikiem 2020 roku naukowcy przez 40 godzin zbierali za pomocą VLA dane dotyczące ruchu gazu w tej galaktyce. Na podstawie obserwacji stworzyli grafikę pokazującą odległość gazu od galaktyki na osi X oraz jego prędkość obrotową na osi Y. To standardowy sposób badania obecności ciemnej materii. Tymczasem analiza wykazała, że ruch gazu w AGC 114905 można całkowicie wyjaśnić odwołując się wyłącznie do widocznej materii.

Tego oczekiwaliśmy i spodziewaliśmy się, gdyż potwierdza to nasze wcześniejsze obserwacje. Problem jednak pozostaje, gdyż obecnie obowiązujące teorie mówią, że AGC 114905musi zawierać ciemną materię. Nasze obserwacje wskazują, że jej tam nie ma. Po kolejnych badaniach mamy zatem coraz większą rozbieżność między teorią a obserwacjami, stwierdza Pavel Mancera Piña.

Naukowcy próbują więc wyjaśnić, co stało się z ciemną materią. Wedle jednej z wysuniętych przez nich hipotez, AGC 114905 mogłaby zostać pozbawiona ciemnej materii przez wielkie sąsiadujące z nią galaktyki. Problem w tym, że nie ma takich galaktyk. Zeby wyjaśnić ten brak ciemnej materii na gruncie powszechnie akceptowanego modelu kosmologicznego Lambda-CDM musielibyśmy wprowadzić do niego parametry o ekstremalnych wartościach, znajdujących się daleko poza akceptowanym zakresem. Również na gruncie alternatywnego modelu – zmodyfikowanej dynamiki newtonowskiej – nie jesteśmy w stanie wyjaśnić ruchu gazu w tej galaktyce.

Uczeni mówią, że istnieje pewne założenie, które mogłoby zmienić wnioski z ich badań. Założeniem tym jest kąt, pod jakim sądzą, że obserwowali AGC 114905. Jednak kąt ten musiałby się bardzo mocno różnić od naszych założeń, by we wnioskach było miejsce na istnienie ciemnej materii, mówi współautor badań Tom Oosterloo. Tymczasem zespół badań kolejną UDG. Jeśli i tam nie znajdzie śladów ciemnej materii, będzie to bardzo silnym potwierdzeniem dotychczasowych spostrzeżeń.

Warto tutaj przypomnieć, że już 3 lata temu donosiliśmy, że zespół z Yale University odkrył pierwszą galaktykę bez ciemnej materii. Metoda wykorzystana przez Holendrów jest bardziej wiarygodna i odporna na zakłócenia.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Czyli wygląda na to, że to argument za istnieniem "5 siły" odpychającej na dużych odległościach w pustkach między supergromadami galaktyk.

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 6.12.2021 o 16:14, Ergo Sum napisał:

Czyli wygląda na to, że to argument za istnieniem "5 siły" odpychającej na dużych odległościach w pustkach między supergromadami galaktyk.


Nie. Modele są do bani. Nie ma żadnych dodatkowych sił. Co niektórzy nie umieją stworzyć jedynie prawidłowego modelu w oparciu o lekko zmodyfikowaną fizykę, natomiast inni umieją:
Oczywiście to tylko modele, ale nie potrzebują ciemnej materii, nawet nie potrzebują różowej materii:

https://www.researchgate.net/publication/326988843_An_Explanation_for_Galaxy_Rotation_Rates_without_Requiring_Dark_Matter  

Edited by l_smolinski

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 12/7/2021 at 5:08 PM, l_smolinski said:


Nie. Modele są do bani. Nie ma żadnych dodatkowych sił. Co niektórzy nie umieją stworzyć jedynie prawidłowego modelu w oparciu o lekko zmodyfikowaną fizykę, natomiast inni umieją:
Oczywiście to tylko modele, ale nie potrzebują ciemnej materii

Artykuł raczej umacnia koncepcję ciemnej materii, lecz wskazuje, że może nie być tak jednorodna jak zakładaliśmy wcześniej. Opisywana galaktyka na pewno ma w centrum czarną dziurę wokół której wirują gwiazdy i gaz, lecz ruch gazu w AGC 114905 można wyjaśnić na podstawie oddziaływań grawitacyjnych widzialnej materii zgodnie ze standardowymi równaniami newtonowskimi, a koncepcje alternatywne takie jak MOND czy zaproponowane hipotetyczne "pożeranie" czasoprzestrzeni przez czarną dziurę nie znajdują tu zastosowania.

  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dwaj członkowie Czeskiej Akademii Nauk zaproponowali nową hipotezę zmodyfikowanej dynamiki newtonowskiej (MOND), która wzbudziła zainteresowanie środowiska fizycznego. MOND modyfikuje zasady dynamiki Newtona o nieliniową zależność siły od przyspieszenia. Obywa się ona bez ciemnej materii oraz ciemnej energii, dobrze opisuje zjawiska zachodzące w galaktykach, ale nie radzi sobie z opisem w większej skali. Nie zyskała więc powszechnej akceptacji. Praca Constantinosa Skordisa i Toma Złośnika ma to zmienić.
      Od wielu lat fizycy akceptują hipotezę istnienia ciemnej materii, dzięki której można wyjaśnić pewne obserwowane zjawiska, których w standardowy sposób wyjaśnić się nie da. Nie wszyscy jednak się z nią zgadzają, wskazując na brak fizycznych dowodów na obecność ciemnej materii. Dlatego też pojawiła się hipoteza MOND mówiąca o istnieniu grawitacji nieznanego typu. Jednak różne odmiany MOND nie były w stanie wyjaśnić pewnych cech mikrofalowego promieniowania tła (CMB).
      Skordis i Złośnik twierdzą, że stworzyli model MOND, który opisuje i CMB i soczewkowanie grawitacyjne.
      Ich model wychodzi od oryginalnego założenia MOND o istnieniu dwóch pól zachowujących się razem jak grawitacja. Jedno pole jest skalarne, drugie wektorowe. Czescy uczeni dodali parametry sugerujące utworzenie we wczesnym wszechświecie pól modyfikujących grawitację. Pola takie zachowują się jak ciemna materia z innych hipotez. Pola te, jak twierdzą badacze, ewoluowały tak, że stały się siłami opisywanymi przez MOND.
      Skordis i Złośnik twierdzą, że ich model wyjaśnia zarówno soczewkowanie grawitacyjne, jak i cechy CMB. Na następnym etapie swoich rozważań chcą sprawdzić, czy wyjaśnia ona obfitość litu we wszechświecie oraz różnice w pomiarach tempa rozszerzania się wszechświata. Hipotezy zakładające istnienie ciemnej materii nie potrafią bowiem wyjaśnić tych zagadek.
      Szczegóły pracy przeczytamy w artykule New Relativistic Theory for Modified Newtonian Dynamics opublikowanym na łamach Physical Review Letters.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Prowadzony głęboko pod włoskimi Alpami eksperyment XENON1T mógł wykryć ciemną energię, twierdzą członkowie międzynarodowej grupy badawczej, na której czele stali uczeni z Cambridge University. W artykule opublikowanym na łamach Physical Review D uczeni z Wielkiej Brytanii, Włoch, Holandii, Francji i USA donoszą, że część z niewyjaśnionych sygnałów mogło zostać spowodowanych interakcją z ciemną energią, a nie ciemną materią dla której XENON1T został zaprojektowany.
      XENON1T znajduje się we włoskim Laboratorium Narodowym Gran Sasso położonym 1400 metrów pod masywem Gran Sasso. To wykrywacz ciemnej materii, a jego umiejscowienie głęboko pod ziemią ma chronić przed promieniowaniem kosmicznym generującym fałszywe sygnały. Zgodnie z teoretycznymi założeniami, cząstki ciemnej materii mają zderzać się z atomami w detektorze, a sygnały ze zderzeń będą rejestrowane.
      Centralna część XENON1T to cylindryczny zbiornik o długości 1 metra wypełniony 3200 kilogramami płynnego ksenonu o temperaturze -95 stopni Celsjusza. Gdy ciemna materia zderzy się z atomem ksenonu, energia trafia do jądra, które pobudza jądra innych atomów. Wskutek tego pobudzenia pojawia się słaba emisja w zakresie ultrafioletu, którą wykrywają czujniki na górze i na dole cylindra. Te same czujniki są też zdolne do zarejestrowania ładunku elektrycznego pojawiającego się wskutek zderzenia.
      Przed rokiem informowaliśmy, że „Najczulszy detektor ciemnej materii zarejestrował niezwykłe sygnały. Fizycy nie wiedzą, czym one są", a kilka miesięcy później pojawiła się informacja o kilku interesujących hipotezach dotyczących tych sygnałów. Nikt wówczas nie przypuszczał, że rozwiązaniem zagadki może być ciemna energia, gdyż XENON1T nie został przygotowany do jej rejestrowania.
      Autorzy najnowszych badań stworzyli model fizyczny, który wyjaśnia część z tych niezwykłych sygnałów. Zgodnie z nim, mamy tu do czynienia z cząstkami ciemnej energii, które powstały w regionie Słońca o silnych polach magnetycznych.
      To, co jesteśmy w stanie obecnie dostrzec stanowi mniej niż 5% wszechświata. Cała reszta jest dla nas ciemna. Wszechświat składa się w 27% z ciemnej materii, a 68% stanowi ciemna energia. Pomimo tego, że obie te składowe są dla nas niewidoczne, znacznie więcej wiemy o ciemnej materii, gdyż jej obecność sugerowano już w latach 20. ubiegłego wieku. O tym, że musi istnieć też ciemna energia dowiedzieliśmy się dopiero w 1998 roku, wyjaśnia doktor Sunny Vagnozzi z Kavli Institute for Cosmology na Cambridge University. Wielkie eksperymenty, jak XENON1T zostały zaprojektowane tak, by bezpośrednio wykrywać ciemną materię, rejestrując zderzenia jej cząstek z cząstkami zwykłej materii. Jednak uchwycenie ciemnej energii jest jeszcze trudniejsze.
      Chcąc wykryć ciemną energię naukowcy poszukują dowodów jej oddziaływania grawitacyjnego na otoczenie. Wiemy, że w największej skali – całego wszechświata – ciemna energia odpycha obiekty od siebie, dlatego też wszechświat rozszerza się coraz szybciej.
      Przy tego typu złożonych badaniach często pojawiają się niewytłumaczalne sygnały, które po analizach zwykle okazują się różnego typu zakłóceniami. Gdy w XENON1T zarejestrowano w ubiegłym roku wspomniane już tajemnicze sygnały, pojawiło się kilka pomysłów na to, czym mogą one być. Najpopularniejsze wyjaśnienie brzmiało, że zarejestrowano aksjony, hipotetyczne cząstki tworzące ciemną materię, oraz że pochodziły one ze Słońca. Jednak analizy wykazały, że liczba aksjonów, które musiałyby dotrzeć do nas ze Słońca, by wywołać taki sygnał w XENON1T musiałaby być bardzo duża. Tak duża, że gdyby gwiazdy emitowały tyle aksjonów, to gwiazdy o masie większej od masy Słońca ewoluowałyby w inny sposób, niż ewoluują.
      Autorzy najnowszych badań przyjęli więc założenie, że tajemnicze sygnały wywołała ciemna energia. I stworzyli model, który pokazuje, co powinien zarejestrować XENON1T gdyby dotarła doń ciemna energia wygenerowana w tachoklinie, obszarze Słońca, w którym pola magnetyczne są wyjątkowo silne.
      Naukowcy byli zaskoczeni, gdy okazało się, że ich model pasuje do obserwacji. Uzyskane wyniki sugerują bowiem, że wykrywacze takie jak XENON1T mogą być też używane do poszukiwania ciemnej energii. Vagnozzi i jego koledzy zastrzegają jednak, że ich badania wciąż wymagają potwierdzenia. Musimy wiedzieć, że to nie jest jakieś zakłócenie. Jeśli jednak XENON1T coś zarejestrował, to w niedalekiej przyszłości powinniśmy zarejestrować podobne, ale znacznie silniejsze sygnały, mówi Luca Visinelli z Narodowych Laboratoriów Frascati we Włoszech.
      Uczony ma tutaj na myśli badania prowadzone przez znacznie większe i doskonalsze urządzenia. Takie jak LUX-ZEPLIN, XENONnT czy PandaX-xT, które już rozpoczęły pracę lub w najbliższym czasie ją rozpoczną.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wulkaniczne szczyty Hawajów, pustynia Atacama w Chile i góry Wysp Kanaryjskich to najlepsze na Ziemi miejsca do uprawiania astronomii. To tam znajdują się najbardziej zaawansowane teleskopy. Teraz nauka może zyskać kolejne takie idealne miejsce. Chińscy specjaliści poinformowali, że znajduje się ono w pobliżu miasta Lenghu w prowincji Qinghai.
      Wyżyna Tybetańska ma wiele zalet z punktu widzenia astronomii. Jest położona wysoko nad poziomem morza, jest tam niewielkie zanieczyszczenie sztucznym światłem i niska wilgotność. Astronomowie od wielu lat mieli nadzieję, że uda się na niej zlokalizować miejsce nadające się do prowadzenia obserwacji. Jednak warunki środowiskowe powodują, że prowadzenie zaawansowanych badań astronomicznych byłoby tam zbyt trudne lub niemożliwe. Opinie takie są tym bardziej uzasadnione, że przed kilkunastu laty prowadzono badania w Ngari, Muztagh Ata i Daocheng. Żadne z tych miejsce nie miało warunków dobrych dla astronomii. Wielu specjalistów uważa też, że przechodzące w pobliżu Lenghu burze piaskowe wykluczają ten obszar jako miejsce wybudowania wielkich teleskopów.
      Jednak Licai Deng i jego koledzy z Narodowych Obserwatoriów Astronomicznych Chin Chińskiej Akademii Nauk postanowili spróbować szczęścia. Od 2018 roku monitorują zachmurzenie, jasność nocnego nieba, temperaturę powietrza, wilgotność oraz siłę i kierunek wiatru wiejącego na wierzchołku C góry Saishiteng, położonego na wysokości 4200 m. n.p.m.
      Naukowcy stwierdzili, że podczas około 70% nocy niebo jest na tyle wolne od chmur, że można prowadzić obserwacje. Jeśli zaś chodzi o widzialność (seeing), czyli kluczowy parametr określający, w jaki stopniu turbulencje atmosfery prowadzą do rozmazywania się obrazu gwiazd, to mediana wzdłuż promienia świetlnego wynosi 0,75 sekundy kątowej, czyli 1/4800 stopnia. Mediana nocnych zmian temperatury na szczycie to 2,4 stopnia Celsjusza, a opad pary wodnej jest przeważnie nie większy niż 2 mm.
      Parametry na wierzchołku C Saishiteng są więc porównywalne do tak znanych miejsc prowadzenia obserwacji astronomicznych jak Manua Kea na Hawajach, Cerro Paranal w Chile czy La Palma na Wyspach Kanaryjskich. To właśnie tam znajdują się najpotężniejsze ziemskie teleskopy. Badane przez Chińczyków miejsce wydaje się mieć też kilka wyjątkowych zalet. Jedną z nich są niewielkie fluktuacje temperatury, co wskazuje na bardzo stabilne powietrze. Kolejna zaleta to fakt, że w zimie temperatura spada tam poniżej -20 stopni Celsjusza, co czyni Saishiteng świetnym miejscem dla obserwacji w podczerwieni. A niewielka ilość pary wodnej oznacza, że może być to idealne miejsce dla urządzeń działających w paśmie teraherców, za pomocą których badany jest ośrodek międzygwiezdny, co pozwala na lepsze zrozumienie pochodzenia gwiazd, galaktyk i samego wszechświata.
      Chiny mają spore ambicje odnośnie badań astronomicznych. Jednak Państwo Środka wyraźnie odstaje od innych. Znajduje się tam niewiele większych teleskopów, a głównym problemem jest właśnie brak dobrego miejsca do obserwacji. Dlatego też chińskie środowisko naukowe już chce rozpocząć prace nad teleskopami, które staną na Saishiteng. Uniwersytet Nauki i Technologii buduje właśnie teleskop optyczny o aperturze 2,5 metra, który ma rozpocząć pracę w 2023 roku. Pojawiły się też propozycje budowy obserwatorium słonecznego i zespołu teleskopów o nazwie Near Earth Object Hunter. Całe chińskie środowisko astronomiczne zaproponowało też rządowi w Pekinie budowę teleskopu o aperturze 12 metrów.
      Chińczycy mają nadzieję, że w Saishiteng w przyszłości staną międzynarodowe teleskopy. Dobre miejsca do obserwacji astronomicznych zawsze są w cenie. A ostatnio stały się jeszcze bardziej cenne, gdyż rdzenni mieszkańcy Hawajów nie chcą, by na Mauna Kea powstawały kolejne teleskopy.
      Nowe miejsce nie tylko przysłużyłoby się nauce, wypełniło istniejącą lukę jeśli chodzi o obserwatoria na wschodniej półkuli, ale byłoby też niezwykle ważne z punktu widzenia Chin. Pozwoliłoby ono zwiększyć współpracę Państwa Środka z międzynarodowym środowiskiem naukowym.
      Historia badań wierzchołka C Saishiteng pod kątem przydatności dla astronomii sięga roku 2017, kiedy to Licai Deng stwierdził, że rosnące zanieczyszczenie sztucznym światłem znacznie utrudnia mu obserwacje. Zaczął poszukiwać innego miejsca. Został wówczas zaproszony przez władze miasta Lenghu do oceny warunków na Saishiteng. Lenghu było w przeszłości 100-tysięcznym miastem, którego gospodarka opierała się na polach naftowych. Gdy jednak ropa się skończyła, pozostało kilkuset mieszkańców.
      Deng podpisał pięcioletni kontrakt, w ramach którego miał sprawdzić warunki panujące na górze Saishiteng, na którą nikt wcześniej się nie wspinał. Gdy uczony wraz z zespołem weszli na szczyt, okazało się, że główne obawy astronomów dotyczące tego miejsca – dotyczące burz piaskowych – są bezpodstawne. Piasek pozostał poniżej. Niebo oczyszczało się na wysokości 3800–4000 metrów. A 200 metrów wyżej, tam, gdzie można by prowadzić obserwacje, piasek nie stanowił problemu. "Nikt nie mógł tego wiedzieć bez wdrapania się na szczyt", stwierdził uczony.
      Deng i jego koledzy dziesiątki razy wspinali się na szczyt, wnosząc tam sprzęt. Miejscowe władze wynajęły śmigłowiec, by im pomóc i rozpoczęły budowę drogi, która po 18 miesiącach dotarła do wierzchołka C. Deng przeniósł tam swój teleskop, a władze wprowadziły już zakaz zanieczyszczania sztucznym światłem obszaru 18 000 kilometrów kwadratowych wokół wierzchołka.
      Licai Deng i jego zespół opublikowali wyniki swoich badań na łamach Nature.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nowa mapa ciemnej materii ujawniła istnienie nieznanych wcześniej struktur łączących galaktyki. Mapa, stworzona za pomocą technik maszynowego uczenia, pomoże w badaniach nad ciemną materią oraz w opisaniu historii i przyszłości naszego lokalnego wszechświata. Jest ona dziełem międzynarodowego zespołu naukowego.
      Jako że nie potrafimy bezpośrednio obserwować ciemnej materii, o jej rozkładzie dowiadujemy się, badając wpływ grawitacyjny, jaki wywiera na inne obiekty we wszechświecie, np. na galaktyki.
      Co interesujące, łatwiej jest badać rozkład ciemnej materii znajdującej się znacznie dalej, gdyż pokazuje to daleką przeszłość, kiedy budowa wszechświata była mniej złożona. Z czasem wielkie struktury tylko się powiększyły, stopień złożoności wszechświata wzrósł, więc znacznie trudniej jest dokonywać lokalnych pomiarów ciemnej materii, mówi jeden z autorów badań, profesor Donghui Jeong z Pennsylvania State University.
      Już wcześniej próbowano tworzyć podobne mapy rozpoczynając od modelu wczesnego wszechświata i symulując jego ewolucję przez miliardy lat. Jednak to metoda wymagająca olbrzymich mocy obliczeniowych i dotychczas nie udało się za jej pomocą stworzyć mapy na tyle szczegółowej, by można było zobaczyć nasz lokalny wszechświat.
      Autorzy najnowszych badań wykorzystali inną metodę – za pomocą maszynowego uczenia się stworzyli model, który na podstawie znanych informacji o rozkładzie i ruchu galaktyk, przewiduje rozkład ciemnej materii.
      Naukowcy zbudowali i wyćwiczyli swój model na Illustris-TNG, wielkim zestawie symulacji galaktyk, który zawiera informacje o galaktykach, gazach, innej widzialnej materii oraz ciemnej materii. Szczególnie skupiono się na strukturach podobnych do Drogi Mlecznej. W końcu udało się określić, które dane są niezbędne do poznania rozkładu ciemnej materii.
      Do tak stworzonego modelu wprowadzono prawdziwe dane o lokalnym wszechświecie pochodzące z katalogu Cosmicflow-3. Zawiera on informacje o rozkładzie i ruchu ponad 17 000 galaktyk znajdujących się w odległości 200 megaparseków od Drogi mlecznej. Na tej podstawie powstała mapa rozkładu ciemnej materii.
      Model prawidłowo odtworzył w niej Lokalną Grupę Galaktyk, Gromadę w Pannie, puste przestrzenie i inne struktury. Pokazał też struktury, o których istnieniu nie wiedzieliśmy, w tym włókna łączące galaktyki.
      Możliwość stworzenia mapy lokalnej sieci kosmicznej otwiera nowy rozdział w kosmologii. Możemy teraz badać, jak rozkład ciemnej materii ma się do innych danych, co pozwoli nam na lepsze zrozumienie ciemnej materii. Możemy też bezpośrednio badać te włókna, tworzące wielkie pomocy pomiędzy galaktykami, mówi Jeong.
      Uczeni sądzą, że dodając informacje o mniejszych galaktykach, będą mogli poprawić rozdzielczość mapy. Bardzo więc liczą na dane z Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...