Astronomët kanë zgjidhur një përplasje të ndërlikuar midis dy grumbujve masivë të galaktikave, ku retë e mëdha të materies së errët janë shkëputur nga materia e ashtuquajtur normale. Dy grumbujt secili përmban mijëra galaktika dhe janë të vendosura miliarda vite dritë larg nga Toka..
Ndërsa kalonin përmes njëri-tjetrit, materia e errët—një substancë e padukshme që ndien forcën e gravitetit por nuk lëshon dritë—u përparua para materies normale. Vëzhgimet e reja janë të parat që hetojnë drejtpërdrejt ndarjen e shpejtësive të materies së errët dhe asaj normale.
Grumbujt galaktikë janë ndër strukturat më të mëdha në univers, të ngjitura së bashku nga forca e gravitetit. Vetëm 15% e masës në këta grumbuj është materia normale, e njëjta materie që përbën planetët, njerëzit dhe gjithçka që shihni përreth jush. Nga kjo materie normale, shumica dërrmuese është gaz i nxehtë, ndërsa pjesa tjetër janë yje dhe planetë. 85% e mbetur e masës së grumbullit është materia e errët.
Gjatë përplasjes që ndodhi midis grumbujve, të njohur kolektivisht si MACS J0018.5+1626, galaktikat individuale vetë mbetën kryesisht të padëmtuara sepse ka shumë hapësirë midis tyre. Por kur depozitat e mëdha të gazit midis galaktikave (materia normale) u përplasën, gazi u bë turbulent dhe tepër i nxehtë.
Ndërsa e gjithë materia, përfshirë si materien normale ashtu edhe materien e errët, ndërvepron përmes gravitetit, materia normale gjithashtu ndërvepron përmes elektromagnetizmit, i cili e ngadalëson atë gjatë një përplasjeje. Kështu, ndërsa materia normale u ngadalësua, rezervuarët e materies së errët brenda secilit grumbull kaluan përpara.
Mendoni për një përplasje masive midis kamionëve të shumtë me rërë, sugjeron Emily Silich, autore kryesore e një studimi të ri që përshkruan gjetjet në The Astrophysical Journal. “Materia e errët është si rëra dhe fluturon përpara,” thotë ajo. Silich është një studente e diplomuar që punon me Jack Sayers, profesor kërkimor i fizikës në Caltech dhe hetuesi kryesor i studimit.
Zbulimi u bë duke përdorur të dhëna nga Observatori Submillimeter i Caltech (i cili u hoq kohët e fundit nga vendi i tij në Maunakea në Havai dhe do të zhvendoset në Kili), Observatori W.M. Keck në Maunakea, Observatori Chandra i NASA-s, Teleskopi Hapësinor Hubble i NASA-s, Observatori Herschel dhe Observatori Planck i Agjencisë Evropiane të Hapësirës (qendrat e lidhura shkencore të NASA-s ishin të bazuara në IPAC të Caltech), dhe Eksperimenti i Teleskopit Submillimeter Atacama në Kili. Disa nga vëzhgimet janë bërë dekada më parë, ndërsa analiza e plotë duke përdorur të gjitha datasetet është kryer gjatë disa viteve të fundit.
Ndarja e tillë e materies së errët dhe asaj normale është parë edhe më parë, më së famshmi në Grumbullin Bullet. Në atë përplasje, gazi i nxehtë mund të shihet qartë duke mbetur pas materies së errët pasi dy grumbujt galaktikë kaluan përmes njëri-tjetrit. Situata që ndodhi në MACS J0018.5+1626 (i referuar më tej si MACS J0018.5) është e ngjashme, por orientimi i bashkimit është i rrotulluar, rreth 90 gradë në krahasim me atë të Grumbullit Bullet.
Me fjalë të tjera, njëri nga grumbujt masivë në MACS J0018.5 po fluturon pothuajse drejt Tokës ndërsa tjetri po nxitohet larg. Ky orientim u dha studiuesve një këndvështrim unik nga i cili, për herë të parë, të hartojnë shpejtësinë e të dy materieve, asaj të errët dhe asaj normale, dhe të sqarojnë se si ndahen nga njëra-tjetra gjatë një përplasje grumbulli galaktik.
“Me Grumbullin Bullet, është si të jemi ulur në një tribunë duke parë një garë makinash dhe jemi në gjendje të kapim pamje të bukura të makinave që lëvizin nga e majta në të djathtë në pistë,” thotë Sayers. “Në rastin tonë, është më shumë si të jemi në pistë me një radar, duke qëndruar përpara një makine ndërsa ajo vjen drejt nesh dhe jemi në gjendje të marrim shpejtësinë e saj.”
Për të matur shpejtësinë e materies normale, ose gazit, në grumbull, studiuesit përdorën një metodë vëzhguese të njohur si efekti kinetik Sunyaev-Zel’dovich (SZ). Sayers dhe kolegët e tij bënë zbulimin e parë vëzhgues të efektit kinetik SZ në një objekt kozmik individual, një grumbull galaktik të quajtur MACS J0717, në vitin 2013, duke përdorur të dhëna nga CSO (vëzhgimet e para të efektit SZ të marra për MACS J0018.5 datojnë që nga viti 2006).
Efekti kinetik SZ ndodh kur fotonët nga universi i hershëm, rrezatimi kozmik i mikrovalëve (CMB), përplasen me elektronet në gazin e nxehtë gjatë rrugës së tyre drejt nesh në Tokë. Fotonët pësojnë një zhvendosje, të quajtur zhvendosje Doppler, për shkak të lëvizjeve të elektroneve në retë e gazit përgjatë vijës sonë të pamjes. Duke matur ndryshimin në ndriçimin e CMB për shkak të kësaj zhvendosje, studiuesit mund të përcaktojnë shpejtësinë e reve të gazit brenda grumbujve galaktikë.
“Efektet Sunyaev-Zeldovich ishin ende një mjet shumë i ri vëzhgues kur Jack dhe unë filluam të përdorim një kamera të re në CSO për grumbujt galaktikë në 2006, dhe nuk kishim ide se do të kishte zbulime të tilla,” thotë Sunil Golwala, profesor i fizikës dhe këshilltari i doktoraturës së Silich.
“Presim një sërë surprizash të reja kur të vendosim instrumente të gjeneratës së ardhshme në teleskopin në shtëpinë e tij të re në Kili.”
Deri në vitin 2019, studiuesit kishin bërë këto matje të efektit kinetik SZ në disa grumbuj galaktikësh, të cilat u treguan shpejtësinë e gazit, ose materies normale. Ata gjithashtu kishin përdorur Keck për të mësuar shpejtësinë e galaktikave në grumbull, gjë që u tregoi indirekt shpejtësinë e materies së errët (sepse materia e errët dhe galaktikat sillen në mënyrë të ngjashme gjatë përplasjes).
Por në këtë fazë të kërkimit, ekipi kishte një kuptim të kufizuar të orientimeve të grumbujve. Ata vetëm dinin që njëri prej tyre, MACS J0018.5, tregonte shenja të diçkaje të çuditshme—gazi i nxehtë, ose materia normale, po udhëtonte në drejtim të kundërt me materien e errët.
“Kishim këtë objekt të çuditshëm me shpejtësi në drejtime të kundërta, dhe fillimisht menduam se mund të ishte një problem me të dhënat tona. Edhe kolegët tanë që simulojnë grumbuj galaktikësh nuk e dinin çfarë po ndodhte,” thotë Sayers. “Dhe pastaj Emily u përfshi dhe zgjidhi gjithçka.”
Për një pjesë të tezës së saj të doktoraturës, Silich merrej me enigmën e MACS J0018.5. Ajo iu drejtua të dhënave nga Observatori Chandra për të zbuluar temperaturën dhe vendndodhjen e gazit në grumbuj si dhe shkallën në të cilën gazi po përplasej.
“Këto përplasje grumbujsh janë fenomenet më energjike që nga Big Bang,” thotë Silich. “Chandra mat temperaturat ekstreme të gazit dhe na tregon për moshën e përplasjes dhe se sa kohë më parë grumbujt janë përplasur.”
Ekipi gjithashtu punoi me Adi Zitrin të Universitetit Ben-Gurion të Negevit në Izrael për të përdorur të dhënat e Hubble për të hartuar materien e errët duke përdorur një metodë të njohur si lentingu gravitacional.
Përveç kësaj, John ZuHone i Qendrës për Astrofizikë në Harvard & Smithsonian ndihmoi ekipin të simulojë përplasjen e grumbullit. Këto simulime u përdorën në kombinim me të dhënat nga teleskopët e ndryshëm për të përcaktuar në fund të fundit gjeometrinë dhe fazën evolutive të përplasjes së grumbullit. Shkencëtarët zbuluan se, para se të përplaseshin, grumbujt po lëviznin drejt njëri-tjetrit me rreth 3000 kilometra/sekondë, të barabartë me afërsisht 1% të shpejtësisë së dritës.
Me një pamje më të plotë të asaj që po ndodhte, studiuesit ishin në gjendje të kuptonin pse materia e errët dhe materia normale dukeshin se po udhëtonin në drejtime të kundërta. Megjithëse shkencëtarët thonë se është e vështirë për t’u vizualizuar, orientimi i përplasjes, i kombinuar me faktin që materia e errët dhe ajo normale ishin ndarë nga njëra-tjetra, shpjegon matjet e çuditshme të shpejtësisë.
Në të ardhmen, studiuesit shpresojnë se më shumë studime si kjo do të çojnë në të dhëna të reja rreth natyrës misterioze të materies së errët.
“Ky studim është një pikënisje për studime më të detajuara mbi natyrën e materies së errët,” thotë Silich. “Ne kemi një lloj të ri prove të drejtpërdrejtë që tregon se si materia e errët sillet ndryshe nga materia normale.”
Sayers, i cili kujton se si mblodhi të dhënat e CSO për këtë objekt pothuajse 20 vjet më parë, thotë: “Na u desh një kohë e gjatë për të bashkuar të gjitha copëzat e pazllës, por tani më në fund dimë çfarë po ndodh. Shpresojmë që kjo të çojë në një mënyrë krejtësisht të re për të studiuar materien e errët në grumbuj.”
Më shumë informacione: Emily M. Silich et al, ICM-SHOX. I. Methodology Overview and Discovery of a Gas–Dark Matter Velocity Decoupling in the MACS J0018.5+1626 Merger, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad3fb5
Zhurnali ku u botua: Astrophysical Journal
