Det finns mer mörk materia än vanlig materia i universum, och de är vanligtvis alla blandade i galaxer. I en kollision mellan gigantiska galaxkluster möter heta gasmoln i klusterna friktion när de passerar genom varandra och separerar dem från stjärnorna. Den mörka materien påverkas inte heller av denna friktion, så astronomer kunde beräkna effekten av dess tyngdkraft på vanlig materia.
Mörk materia och normal materia har skiftats isär av den enorma kollisionen av två stora galaxkluster. Upptäckten, med hjälp av NASA: s Chandra röntgenobservatorium och andra teleskoper, ger direkt bevis för att det finns mörk material.
"Detta är den mest energiska kosmiska händelsen, förutom Big Bang, som vi vet om," sade teammedlem Maxim Markevitch från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Mass.
Dessa observationer ger det starkaste beviset ännu att det mesta av ämnet i universum är mörkt. Trots betydande bevis för mörk materia har vissa forskare föreslagit alternativa teorier för tyngdkraft där det är starkare på intergalaktiska skalor än förutsagt av Newton och Einstein, vilket tar bort behovet av mörk materia. Sådana teorier kan dock inte förklara de observerade effekterna av denna kollision.
"Ett universum som domineras av mörka grejer verkar ymnigt, så vi ville testa om det fanns några grundläggande brister i vårt tänkande," sade Doug Clowe från University of Arizona i Tucson, och ledare för studien. "Dessa resultat är ett direkt bevis på att mörk materia finns."
I galaxkluster är den normala materien, som atomerna som utgör stjärnorna, planeterna och allt på jorden, främst i form av varm gas och stjärnor. Massan för den heta gasen mellan galaxerna är mycket större än stjärnorna i alla galaxerna. Denna normala materie är bunden i klustret av allvaren av en ännu större massa av mörk materia. Utan mörk materia, som är osynlig och endast kan upptäckas genom sin tyngdkraft, skulle de snabbt rörliga galaxerna och den heta gasen snabbt flyga isär.
Teamet beviljades mer än 100 timmar på Chandra-teleskopet för att observera galaxklusteret 1E0657-56. Klustret är också känt som kulklyngen, eftersom det innehåller ett spektakulärt kulaformat moln med hundra miljoner graders gas. Röntgenbilden visar att kulformen beror på en vind som produceras av höghastighetskollisionen i ett mindre kluster med ett större.
Förutom Chandra-observationen, användes Hubble Space Telescope, European Southern Observatory: s Very Large Telescope och Magellans optiska teleskop för att bestämma platsen för massan i klusterna. Detta gjordes genom att mäta effekten av gravitationslinsering, där tyngdekraften från klusterna snedvrider ljuset från bakgrundsgalaxier som förutses av Einsteins teori om allmän relativitet.
Den heta gasen i denna kollision bromsades av en dragkraft, liknande luftmotståndet. Däremot bromsades inte den mörka materien av påverkan, eftersom den inte interagerar direkt med sig själv eller gasen utom genom tyngdkraften. Detta gav separationen av den mörka och normala materien som ses i data. Om varm gas var den mest massiva komponenten i klustren, som föreslagits av alternativa gravitationsteorier, skulle en sådan separation inte ha sett. I stället krävs mörk materia.
"Detta är den typ av resultat som framtida teorier måste ta hänsyn till," sade Sean Carroll, en kosmolog vid University of Chicago, som inte var involverad i studien. "När vi går framåt för att förstå den verkliga naturen hos mörk materia kommer detta nya resultat att vara omöjligt att ignorera."
Detta resultat ger forskare också större förtroende för att den kända Newtoniska tyngdkraften på jorden och i solsystemet fungerar på de stora vågorna av galaxklyngar.
"Vi har stängt detta kryphål om allvar och vi har kommit närmare än någonsin att se den osynliga saken", sa Clowe.
Dessa resultat publiceras i ett kommande nummer av The Astrophysical Journal Letters. NASA: s Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala, hanterar Chandra-programmet för byråns Science Mission Directorate. Smithsonian Astrophysical Observatory kontrollerar vetenskap och flygoperationer från Chandra X-ray Center, Cambridge, Mass.
Originalkälla: Chandra News Release
