Det finns flera saker som exciterar oss mer än mörkets hemligheter och rymdtidens krökning, men när du är insvept i en fantastisk bild av Einsteins ring vet du att du är i något speciellt.
År 2014 observerade Atakam Big millimeter / submillimeter Array Grid (ALMA) i Chile ett slående rymdfreak under sin långa baslinjekampanj. Hon såg en avlägsen galax som förvrängdes och erkändes av gravitationen i en massiv förgrundsgalax. Det här är den så kallade Einsteinringen, uppkallad efter Einsteins generella relativitetsteori, som förutspådde att rymdtid kan böjas av närvaron av ett kraftfullt gravitationsfält.
I det här fallet är i förgrunden en galax framför en mer avlägsen galax, som ligger cirka 12 miljarder ljusår från jorden, med det resultat att ljuset från en avlägsen galax böjer sig för att passera runt en krökt rymdtid. Resultatet var en nästan perfekt cirkel av galaktiskt ljus, taget av ALMA som ett av de mest framträdande exemplen på gravitationell linsning. Gravitationslinsering är vanligt vid djupa rymdobservationer, när massiva galaxer och kluster av galaxer böjer rymdtid som ett duktilt gummiark, vilket ofta skapar en "böjd" spegelseffekt som snedvrider de observerade formerna av avlägsna galaxer, vars ljus har tagit en rörig väg genom ett invecklat rumsligt tempellandskap. Men ibland, som det visade sig i det här exemplet, kan anpassningen vara så perfekt att ljuset från en avlägsen galax kan deformeras runt galaxens symmetriska förgrund och skapar en ring som liknar en ljusflamma bakom ett förstoringsglas. Gravitationslinser är universals naturliga förstoringslinser och de används tillsammans med Hubble rymdteleskopet, till exempel för att öka sin observatoriska kraft inom ramen för Frontier Fields-projektet.
Även om det ser ut som en perfekt ring, har denna speciella observation av "SDP.81" gravitationslinsen några små ringförvrängningar och astronomer använde dessa snedvridningar för att upptäcka närvaron av en osynlig dvärggalax som ligger i omedelbar närhet av den mer massiva linsgalaxen. Och detta lilla kluster av stjärnor är fyllda med mörk materia.
"Vi kan hitta dessa osynliga föremål på samma sätt som du kan se regndroppar på fönstret", säger Yashar Hezaveh från Stanford University, Kalifornien, i ett uttalande. "Du vet att de är där för att de snedvrider bilden av bakgrundsobjekt." Regndroppar bryter subtilt ljus, förvränger ljuset som passerar genom fönstret; På samma sätt skapar gravitationsfältet hos en osynlig dvärggalax mindre snedvridningar i Einsteins ring, vilket avslöjar dess närvaro i den lilla deformationen av rymdtid.
Att hitta denna snedvridning och förstå att den berodde på närvaron av en osynlig galax var inte en lätt uppgift, och det krävde enorma beräkningskostnader, vilket särskilt krävde tid på en av världens mäktigaste superdatorer, National Science Foundation Blue Waters. På grund av sin närhet till en större galax, sin uppskattade massa och bristen på optiska data, anser Hezaveh-teamet att de har hittat en mycket dim dvärggalax dominerad av mörk materia.
Enligt förutsägelser bör stora galaxer ha en stor befolkning av satellitdvärggalaxer, men astronomiska studier kan bara upptäcka några exempel. Vår galax, som känd, har ungefär 40 sådana satelliter, men modeller förutsäger att det borde finnas tusentals liknande.
"Denna skillnad mellan observerade och förväntade data på antalet satelliter har varit ett stort problem i kosmologin i nästan två decennier, vissa forskare kallade det till och med en" kris ", sade teammedlem Neal Dalal vid University of Illinois. "Om dessa dvärgobjekt är gjorda av mörk materia kan detta förklara avvikelsen, vilket föreslår en ny förståelse för den sanna naturen hos mörk materia."
Nu finns det hopp om att många andra gravitationslinser kan studeras för att leta efter förvrängningar orsakade av andra dvärgar med dominans av mörk materia, och vi hoppas kunna förklara varifrån denna härliga obalans av observationer kommer ifrån jämfört med teorin. Om vi kan göra det kan vi kanske bättre klargöra materiella mörka modeller och gå ett steg närmare förståelsen för att mörk materia utgör 85 procent av den totala massan i universum.
