ستاره شناسان شاهد حضور ماده تاریک در برخورد خوشه کهکشان حماسی هستند

این مانند محموله ای است که در هنگام برخورد بین دو وسیله نقلیه غیرقابل اتصال است. نیروهای دیگر خود وسایل نقلیه را متوقف می کنند، اما محموله تحت تأثیر حرکت، به حرکت خود ادامه می دهد.

این اولین بار نیست که ما جدا شدن ماده تاریک از ماده معمولی را در جریان یک برخورد کیهانی غول پیکر می بینیم، اما هرگز آن را به این شکل ندیده ایم. و دانشمندان امیدوارند این یافته ممکن است سرنخ های جدیدی در مورد رفتار و خواص ماده تاریک مرموز حاکم بر کیهان به ما بدهد.

ماده تاریک یکی از اسرار بزرگ جهان است. ما نمی دانیم چیست؛ ما نمی توانیم مستقیماً آن را تشخیص دهیم.

اما بر اساس ماده ‘عادی’ که می توانیم تشخیص دهیم، به نوعی، گرانش بیشتری در کیهان وجود دارد که ما انتظار داریم وجود داشته باشد. گرانش خیلی بیشتر ما آن را در حرکات ستارگان و کهکشان‌ها و در نحوه خم شدن و پیچش خود فضا-زمان در حضور میدان‌های گرانشی قدرتمند مشاهده می‌کنیم.

بر اساس محاسبات دانشمندان، تنها حدود ۱۵ درصد از بودجه ماده جهان را ماده عادی تشکیل می دهد. حدود ۸۵ درصد باقیمانده، این ماده تاریک نامرئی و غیرقابل لمس است که به نظر می رسد فقط از طریق گرانش با ماده عادی برهم کنش دارد.

و همه جا هست کهکشان های ماده نرمال، مانند کهکشان ما، در حباب های غول پیکر ماده تاریک وجود دارند. رشته‌های وسیعی از آن چیزی را می‌سازد که ما آن را شبکه کیهانی می‌نامیم، که از نظر گرانشی کهکشان‌ها را به کهکشان‌ها، خوشه‌ها را به خوشه‌ها متصل می‌کند، و مسیرهایی را فراهم می‌کند که ماده عادی می‌تواند برای ملاقات، برخورد و رشد طی کند.

ماده معمولی راه‌های زیادی برای تعامل با دیگر مواد دارد، بنابراین رویدادهای عظیم – مانند برخورد بین خوشه‌های کهکشانی – می‌توانند جالب باشند. به طور کلی، کهکشان های درون خوشه ها خوب خواهند بود، اما ابرهای گازی وسیعی در فضای درون خوشه ای و بین کهکشانی وجود دارد که با یکدیگر برخورد می کنند و داغ و متلاطم می شوند.

از آنجایی که آن ماده معمولی به صورت الکترومغناطیسی برهمکنش می‌کند، و وقتی شوک و تلاطم را تجربه می‌کنند، یک اثر ترمز اعمال می‌شود که باعث کاهش سرعت خوشه‌ها می‌شود. اما ماده تاریک تحت تأثیر این تأثیرات آهسته قرار نمی‌گیرد و به حرکت خود ادامه می‌دهد و قبل از اینکه در نهایت به موقعیت خود در اطراف خوشه‌ای که به تازگی ادغام شده است، برگردد.

خوشه های ادغام شده در مجموع با نام MACS J0018.5+1626 شناخته می شوند و جهت گیری آنها به گونه ای است که امکان اندازه گیری جدیدی از سرعت ماده در آنها را فراهم می کند.

اندازه‌گیری قبلی بر روی یک برخورد خوشه‌ای انجام شد که ما در حال مشاهده کنار هم هستیم. MACS J0018.5+1626 به گونه ای جهت گیری شده است که به نظر می رسد یک خوشه مستقیماً به سمت ما می رود و دیگری مستقیماً دورتر می شود.

محققان از تکنیک های مختلفی برای اندازه گیری سرعت ماده تاریک و معمولی استفاده کردند.

سرعت ماده تاریک با اندازه‌گیری سرعت کهکشان‌های درون خوشه‌ها، بر اساس اینکه چگونه نور به سمت قرمز یا آبی فشرده می‌شود، هنگام دور شدن از ما یا به سمت ما، تعیین شد. این به عنوان تغییر داپلر شناخته می شود و روشی قابل اعتماد برای اندازه گیری سرعت در فضا است.

سرعت کهکشان‌های عضو خوشه به‌عنوان نماینده‌ای برای سرعت ماده تاریک عمل می‌کند، زیرا کهکشان‌ها و ماده تاریک در هنگام برخورد خوشه‌ای رفتار مشابهی دارند.

برای اندازه گیری سرعت محیط درون خوشه ای، تیم بر چیزی به نام اثر سونایف-زلدویچ تکیه کرد. این یک تاب خوردگی مشخص در نور پس‌زمینه کیهان است که توسط الکترون‌ها در حجمی از فضا ایجاد می‌شود. از آنجایی که این الکترون ها می توانند نور را پراکنده کنند، می توان از این اثر برای تعیین میزان چگالی الکترون ها استفاده کرد.

اگر محیط پراکنده در حال حرکت باشد، می توان یک اثر ثانویه را مشاهده کرد و دانشمندان می توانند این اثر را تجزیه و تحلیل کنند تا تعیین کنند که چگونه رسانه حرکت می کند: با چه سرعتی و در کدام جهت.

این به محققان اجازه داد تا سرعت ماده معمولی در خوشه ها را تعیین کنند و تفاوت سرعت مشخصی را بین آن و ماده تاریک همانطور که توسط کهکشان ها آشکار شد مشاهده کنند.

این یک کار بسیار کامل از علم اخترفیزیک است که ممکن است به ما در تلاش برای درک دقیق ماده تاریک کمک کند.

سیلیچ می گوید: این مطالعه نقطه شروعی برای مطالعات دقیق تر در مورد ماهیت ماده تاریک است. ما نوع جدیدی از کاوشگر مستقیم داریم که نشان می دهد ماده تاریک چگونه رفتاری متفاوت از ماده معمولی دارد.