Er zijn verschillende dingen die ons meer prikkelen dan de geheimen van donkere materie en de kromming van ruimte-tijd, maar wanneer je bent gewikkeld in een verbluffend beeld van Einstein's ring, weet je dat je in iets speciaals verkeert.
In 2014 constateerde de Atakam Big millimeter / submillimeter Array Grid (ALMA) in Chili een opvallende space-freak tijdens de lange-baselinecampagne. Ze zag een verre melkweg onherkenbaar vervormd door het zwaartekrachtveld van een massieve voorgrondmelkweg. Dit is de zogenaamde "Einstein-ring", genoemd naar de algemene relativiteitstheorie van Einstein, die voorspelde dat ruimte-tijd kan worden gebogen door de aanwezigheid van een krachtig zwaartekrachtveld.
In dit geval is op de voorgrond een melkwegstelsel voor een verder verwijderd sterrenstelsel, op ongeveer 12 miljard lichtjaar van de aarde gelegen, met als resultaat dat het licht van een verre melkweg buigt om rond een gekromde ruimte-tijd door te gaan. Het resultaat was een bijna perfecte cirkel van galactisch licht, door ALMA beschouwd als een van de meest prominente voorbeelden van zwaartekrachtlensing. Zwaartekrachtlensvorming is gebruikelijk bij observaties in de diepe ruimte, wanneer massieve melkwegstelsels en clusters van sterrenstelsels ruimte-tijd buigen als een ductiel rubbervel, vaak een "gebogen" spiegeleffect creërt dat de waargenomen vormen van verre melkwegstelsels vervormt, waarvan het licht een rommelig pad heeft genomen door een verstrengelde ruimte-tijdlandschap. Maar soms, zoals in dit voorbeeld is gebleken, kan de uitlijning zo perfect zijn dat het licht van een verre melkweg kan worden gedeformeerd rond de symmetrische voorgrond van de melkweg, waardoor een ring ontstaat die lijkt op een kaarsvlam achter een vergrootglas. Zwaartekrachtlenzen zijn de natuurlijke vergrotende lenzen van het universum en worden bijvoorbeeld gebruikt in combinatie met de Hubble Space Telescope om zijn waarnemingsvermogen te vergroten in het kader van het Frontier Fields-project.
Hoewel het een perfecte ring lijkt, heeft deze specifieke waarneming van de "SDP.81" zwaartekrachtlens enkele kleine ringvervormingen en gebruikten astronomen deze vervormingen om de aanwezigheid van een onzichtbaar dwergstelsel te detecteren dat zich in de onmiddellijke nabijheid van het meer massieve lensstelsel bevindt. En deze kleine sterrenhoop zit vol met donkere materie.
"We kunnen deze onzichtbare objecten op dezelfde manier vinden als regendruppels op het raam", zegt Yashar Hezaveh van Stanford University, Californië, in een verklaring. "Je weet dat ze er zijn omdat ze het beeld van achtergrondobjecten verstoren." Regendruppels breken lichtjes af en vervormen het licht dat door het raam valt; op dezelfde manier creëert het zwaartekrachtsveld van een onzichtbaar dwergstelsel een kleine vervorming in de ring van Einstein, wat zijn aanwezigheid in de kleine vervorming van de ruimtetijd onthult.
Het vinden van deze vervorming en het begrijpen dat het te wijten was aan de aanwezigheid van een onzichtbaar sterrenstelsel was geen gemakkelijke taak, en het vereiste enorme rekenkosten, waarvoor met name tijd nodig was op een van 's werelds krachtigste supercomputers, de National Science Foundation Blue Waters. Vanwege de nabijheid van een groter sterrenstelsel, de geschatte massa en het gebrek aan optische gegevens, denkt het Hezaveh-team dat ze een erg zwak dwergstelsel hebben gevonden dat wordt gedomineerd door donkere materie.
Volgens voorspellingen zouden grote sterrenstelsels een grote populatie van satellietdwergsterrenstelsels moeten hebben, maar astronomische studies kunnen slechts een paar voorbeelden detecteren. Ons sterrenstelsel heeft, zoals bekend, ongeveer 40 van dergelijke satellieten, maar modellen voorspellen dat er duizenden soortgelijke satellieten zouden moeten zijn.
"Deze discrepantie tussen waargenomen en voorspelde gegevens over het aantal satellieten is al bijna twee decennia een groot probleem in de kosmologie, sommige onderzoekers noemden het zelfs een" crisis ", zei teamlid Neal Dalal van de Universiteit van Illinois. "Als deze dwergvoorwerpen van donkere materie zijn gemaakt, kan dit de discrepantie verklaren, wat een nieuw begrip van de ware aard van donkere materie suggereert."
Nu is er hoop dat veel andere zwaartekrachtlenzen kunnen worden bestudeerd om te zoeken naar vervormingen veroorzaakt door andere dwergen met dominantie van donkere materie, en we hopen uit te leggen waar deze vreemde ongelijkheid van waarnemingen vandaan kwam in vergelijking met theorie. Als we dit kunnen doen, kunnen we misschien de donkere modellen van materie beter verduidelijken en een stap dichterbij het begrip komen waarom donkere materie 85 procent uitmaakt van de totale massa in het universum.
