Kenningar um hulduefni í alvarlegum vanda?
Ný rannsókn sýnir skort á hulduefni í nágrenni sólarinnar
Sævar Helgi Bragason
18. apr. 2012
Fréttir
Samkvæmt kenningum stjörnufræðinga ætti nágrenni sólar að vera uppfullt af hulduefni. Ný rannsókn finnur þó engin merki um það.
Engar vísbendingar fundust um hulduefni á stóru svæði umhverfis sólina í nákvæmustu rannsókn sem gerð hefur verið hingað til af hreyfingum stjarna í vetrarbrautinni okkar. Stjörnufræðingar áttu von á að nágrenni sólar væri uppfullt af hulduefni, dularfullu ósýnilegu efni sem einungis er hægt að greina út frá þyngdartogi þess, samkvæmt þeim kenningum sem njóta mestrar hylli. Ný rannsókn stjörnufræðinga í Chile sýna að þessar kenningar koma ekki heim og saman við niðurstöður mælinga. Þetta gæti þýtt að tilraunir manna til að greina hulduefnisagnir með beinum hætti séu ekki vænlegar til árangurs.
Hópur stjörnufræðinga hefur kortlagt hreyfingu meira en 400 stjarna í allt að 13.000 ljósára fjarlægð frá sólinni með 2,2 metra MPG/ESO sjónaukanum í La Silla stjörnustöð ESO og fleiri sjónaukum. Gögnin notuðu þeir til að reikna út massa efnis í námunda við sólina á svæði sem er fjórfalt stærra en áður hefur verið kannað.
„Massinn sem við leiðum út fellur vel að því sem við sjáum, þ.e.a.s. stjörnur, ryk og gas, á svæðinu í kringum sólina“ segir Christian Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción í Chile) sem hafði umsjón með rannsókninni. „Ekki er rúm fyrir neitt annað efni — hulduefnið — sem við bjuggumst við að sjá. Útreikningar sýna að það ætti að koma augljóslega fram í mælingum en það er hvergi greinilegt!“
Hulduefni er dularfullt, ósýnilegt efni sem kemur upp um sjálft sig vegna þeirra þyngdaráhrifa sem það hefur á sýnilegt efni í kring. Upphaflega var þetta aukaefni í alheiminum notað til að skýra hvers vegna ytri hlutar vetrarbrauta, þar á meðal okkar eigin vetrarbraut, snúast jafnhratt og raun ber vitni. Hulduefnið gegnir líka stórt hlutverki í kenningum um myndun og þróun vetrarbrauta.
Í dag er sú kenning almennt viðtekin að hulduefni telji um 80% af massa alheimsins [1] þrátt fyrir þá staðreynd að ekki hefur reynst unnt að skýra eðli þess, sem er því enn á huldu. Allar tilraunir til að greina hulduefni í tilraunastofum á jörðinni hafa ekki skilað neinum árangri hingað til.
Stjörnufræðingarnir fundu út hve mikið efni er til staðar í kringum sólina með því að mæla vandlega hreyfingar fjölmargra stjarna, sér í lagi þeirra sem eru langt frá fleti vetrarbrautarinnar [2]. Hreyfingar stjarnanna eru háðar heildarþyngdartogi alls efnis í kringum þær, hvort sem um er að ræða venjulegt efni, eins og stjörnur, eða hulduefni.
Samkvæmt líkönum stjörnufræðinga á myndun og snúningi vetrarbrauta ætti vetrarbrautin okkar að vera umvafin hulduefnishjúpi. Líkönin spá ekki nákvæmlega fyrir um lögun hjúpsins en búist var við að töluvert magn sé að finna í kringum sólina okkar. Til að útskýra skort á hulduefni, sem nýja rannsóknin leiðir í ljós, þyrfti hjúpurinn að hafa lögun sem þykir mjög ólíkleg, til dæmis vera mjög ílangur [3].
Nýju niðurstöðurnar merkja einnig að allar tilraunir til að finna hulduefni á jörðinni, með því að greina ákaflega sjaldgæfa víxlverkun milli hulduefnisagna og „venjulegs“ efnis, eru ekki vænlegar til árangurs.
„Burtséð frá þessum nýju niðurstöðum snýst vetrarbrautin okkar enn miklu hraðar en hægt er að útskýra með venjulegu efni einu saman. Ef hulduefnið er ekki til staðar þar sem við áttum von á að finna það, þurfum við að leita nýrra lausna á vandamálinu um huldumassann. Niðurstöður okkar ganga í berhögg við viðurtekin líkön dagsins í dag. Skyndilega er ráðgátan um hulduefnið orðin enn dularfyllri. Við verðum að bíða frekari rannsókna í framtíðinni, til dæmis með Gaia gervitungli ESA, til að yfirstíga þennan hjalla“segir Christian Moni Bidin að lokum.
Skýringar
[1] Samkvæmt kenningum nútímans um hulduefni er áætlað að það telji 83% af öllu efni í alheiminum en restin, 17%, er venjulegt efni. Í alheiminum virðist vera miklu meira magn af hulduefni en það er þó ekki talið hafa áhrif á hreyfingar stjarna innan vetrarbrautarinnar.
[2] Mælingarnar voru gerðar með FEROS litrófsritanum á 2,2 metra MPG/ESO sjónaukanum, Coralie mælitækinu á svissneska 1,2 metra Leonhard Euler sjónaukanum, MIKE mælitækinu á Magellan II sjónaukanum og Echelle litrófsritanum á Irene du Pont sjónaukanum. Fyrstu tveir sjónaukarnir eru í La Silla stjörnustöð ESO en hinir tveir eru í Las Campanas stjörnustöðinni sem báðar eru í Chile. Í heild voru rannsakaðir 400 rauðar risastjörnur í mismunandi hæð yfir fleti vetrarbrautarinnar í átt að suðurpóli vetrarbrautarinnar.
[3] Samkvæmt spám kenninga ætti meðalmagn hulduefnis í þeim hluta vetrarbrautarinnar sem sólin okkar er í, að vera um 0,5 kg á svæði sem er á stærð við jörðina. Nýju mælingarnar sýna að hulduefnið telur 0,00±0,06 kg á svæði á stærð við jörðina.
Frekari upplýsingar
Sagt er frá þessari rannsókn í greininni „Kinematical and chemical vertical structure of the Galactic thick disk II. A lack of dark matter in the solar neighborhood“ eftir Moni-Bidin et al. sem birtist í The Astrophysical Journal.
Í rannsóknarteyminu eru C. Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción í Chile), G. Carraro (European Southern Observatory í Santiago í Chile), R. A. Méndez (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile í Santiago í Chile) og R. Smith (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción í Chile).
Árið 2012 fagnar European Southern Observatory (ESO), stjörnustöð Evrópulanda á suðurhveli, fimmtíu ára afmæli sínu. ESO er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og ein öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 15 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. Með því að reisa og reka öflugustu stjörnuathugunarstöðvar heims leggur ESO grunninn að mikilvægum uppgötvunum stjörnufræðinga. Í Chile rekur ESO þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 40 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.
Tenglar
Tengiliðir
Sævar Helgi Bragason
University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Farsími: +354-896-1984
Tölvupóstur: [email protected]
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1217.
Tengdar myndir
Þessi teikning sýnir vetrarbrautina okkar. Blái efnishjúpurinn í kringum vetrarbrautina sýnir áætlaða dreifingu á hulduefninu dularfulla sem fyrst var notað til að útskýra snúning vetrarbrautarinnar en er líka ómissandi þáttur í kenningum nútímans um myndun og þróun vetrarbrauta. Nýju mælingarnar sýna að magn hulduefnis á stóru svæði í kringum sólina er miklu minna en búist var við og benda til að nánast ekkert hulduefni sé í nágrenni okkar. Mynd: ESO/L. Calçada
Þessi teikning sýnir vetrarbrautina okkar. Blái efnishjúpurinn í kringum vetrarbrautina sýnir áætlaða dreifingu á hulduefninu dularfulla sem fyrst var notað til að útskýra snúning vetrarbrautarinnar en er líka ómissandi þáttur í kenningum nútímans um myndun og þróun vetrarbrauta. Nýju mælingarnar sýna að magn hulduefnis á stóru svæði í kringum sólina er miklu minna en búist var við og benda til að nánast ekkert hulduefni sé í nágrenni okkar. Bláa hvelið sýnir staðsetningu sólar og umfang svæðisins sem rannsakað var en ekki nákvæma lögun þess. Mynd: ESO/L. Calçada
Krakkavæn útgáfa
Kenningar um hulduefni í alvarlegum vanda?
Ný rannsókn sýnir skort á hulduefni í nágrenni sólarinnar
Sævar Helgi Bragason 18. apr. 2012 Fréttir
Samkvæmt kenningum stjörnufræðinga ætti nágrenni sólar að vera uppfullt af hulduefni. Ný rannsókn finnur þó engin merki um það.
Engar vísbendingar fundust um hulduefni á stóru svæði umhverfis sólina í nákvæmustu rannsókn sem gerð hefur verið hingað til af hreyfingum stjarna í vetrarbrautinni okkar. Stjörnufræðingar áttu von á að nágrenni sólar væri uppfullt af hulduefni, dularfullu ósýnilegu efni sem einungis er hægt að greina út frá þyngdartogi þess, samkvæmt þeim kenningum sem njóta mestrar hylli. Ný rannsókn stjörnufræðinga í Chile sýna að þessar kenningar koma ekki heim og saman við niðurstöður mælinga. Þetta gæti þýtt að tilraunir manna til að greina hulduefnisagnir með beinum hætti séu ekki vænlegar til árangurs.
Hópur stjörnufræðinga hefur kortlagt hreyfingu meira en 400 stjarna í allt að 13.000 ljósára fjarlægð frá sólinni með 2,2 metra MPG/ESO sjónaukanum í La Silla stjörnustöð ESO og fleiri sjónaukum. Gögnin notuðu þeir til að reikna út massa efnis í námunda við sólina á svæði sem er fjórfalt stærra en áður hefur verið kannað.
„Massinn sem við leiðum út fellur vel að því sem við sjáum, þ.e.a.s. stjörnur, ryk og gas, á svæðinu í kringum sólina“ segir Christian Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción í Chile) sem hafði umsjón með rannsókninni. „Ekki er rúm fyrir neitt annað efni — hulduefnið — sem við bjuggumst við að sjá. Útreikningar sýna að það ætti að koma augljóslega fram í mælingum en það er hvergi greinilegt!“
Hulduefni er dularfullt, ósýnilegt efni sem kemur upp um sjálft sig vegna þeirra þyngdaráhrifa sem það hefur á sýnilegt efni í kring. Upphaflega var þetta aukaefni í alheiminum notað til að skýra hvers vegna ytri hlutar vetrarbrauta, þar á meðal okkar eigin vetrarbraut, snúast jafnhratt og raun ber vitni. Hulduefnið gegnir líka stórt hlutverki í kenningum um myndun og þróun vetrarbrauta.
Í dag er sú kenning almennt viðtekin að hulduefni telji um 80% af massa alheimsins [1] þrátt fyrir þá staðreynd að ekki hefur reynst unnt að skýra eðli þess, sem er því enn á huldu. Allar tilraunir til að greina hulduefni í tilraunastofum á jörðinni hafa ekki skilað neinum árangri hingað til.
Stjörnufræðingarnir fundu út hve mikið efni er til staðar í kringum sólina með því að mæla vandlega hreyfingar fjölmargra stjarna, sér í lagi þeirra sem eru langt frá fleti vetrarbrautarinnar [2]. Hreyfingar stjarnanna eru háðar heildarþyngdartogi alls efnis í kringum þær, hvort sem um er að ræða venjulegt efni, eins og stjörnur, eða hulduefni.
Samkvæmt líkönum stjörnufræðinga á myndun og snúningi vetrarbrauta ætti vetrarbrautin okkar að vera umvafin hulduefnishjúpi. Líkönin spá ekki nákvæmlega fyrir um lögun hjúpsins en búist var við að töluvert magn sé að finna í kringum sólina okkar. Til að útskýra skort á hulduefni, sem nýja rannsóknin leiðir í ljós, þyrfti hjúpurinn að hafa lögun sem þykir mjög ólíkleg, til dæmis vera mjög ílangur [3].
Nýju niðurstöðurnar merkja einnig að allar tilraunir til að finna hulduefni á jörðinni, með því að greina ákaflega sjaldgæfa víxlverkun milli hulduefnisagna og „venjulegs“ efnis, eru ekki vænlegar til árangurs.
„Burtséð frá þessum nýju niðurstöðum snýst vetrarbrautin okkar enn miklu hraðar en hægt er að útskýra með venjulegu efni einu saman. Ef hulduefnið er ekki til staðar þar sem við áttum von á að finna það, þurfum við að leita nýrra lausna á vandamálinu um huldumassann. Niðurstöður okkar ganga í berhögg við viðurtekin líkön dagsins í dag. Skyndilega er ráðgátan um hulduefnið orðin enn dularfyllri. Við verðum að bíða frekari rannsókna í framtíðinni, til dæmis með Gaia gervitungli ESA, til að yfirstíga þennan hjalla“segir Christian Moni Bidin að lokum.
Skýringar
[1] Samkvæmt kenningum nútímans um hulduefni er áætlað að það telji 83% af öllu efni í alheiminum en restin, 17%, er venjulegt efni. Í alheiminum virðist vera miklu meira magn af hulduefni en það er þó ekki talið hafa áhrif á hreyfingar stjarna innan vetrarbrautarinnar.
[2] Mælingarnar voru gerðar með FEROS litrófsritanum á 2,2 metra MPG/ESO sjónaukanum, Coralie mælitækinu á svissneska 1,2 metra Leonhard Euler sjónaukanum, MIKE mælitækinu á Magellan II sjónaukanum og Echelle litrófsritanum á Irene du Pont sjónaukanum. Fyrstu tveir sjónaukarnir eru í La Silla stjörnustöð ESO en hinir tveir eru í Las Campanas stjörnustöðinni sem báðar eru í Chile. Í heild voru rannsakaðir 400 rauðar risastjörnur í mismunandi hæð yfir fleti vetrarbrautarinnar í átt að suðurpóli vetrarbrautarinnar.
[3] Samkvæmt spám kenninga ætti meðalmagn hulduefnis í þeim hluta vetrarbrautarinnar sem sólin okkar er í, að vera um 0,5 kg á svæði sem er á stærð við jörðina. Nýju mælingarnar sýna að hulduefnið telur 0,00±0,06 kg á svæði á stærð við jörðina.
Frekari upplýsingar
Sagt er frá þessari rannsókn í greininni „Kinematical and chemical vertical structure of the Galactic thick disk II. A lack of dark matter in the solar neighborhood“ eftir Moni-Bidin et al. sem birtist í The Astrophysical Journal.
Í rannsóknarteyminu eru C. Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción í Chile), G. Carraro (European Southern Observatory í Santiago í Chile), R. A. Méndez (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile í Santiago í Chile) og R. Smith (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción í Chile).
Árið 2012 fagnar European Southern Observatory (ESO), stjörnustöð Evrópulanda á suðurhveli, fimmtíu ára afmæli sínu. ESO er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og ein öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 15 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. Með því að reisa og reka öflugustu stjörnuathugunarstöðvar heims leggur ESO grunninn að mikilvægum uppgötvunum stjörnufræðinga. Í Chile rekur ESO þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 40 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.
Tenglar
Tengiliðir
Sævar Helgi Bragason
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1217.University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Farsími: +354-896-1984
Tölvupóstur: [email protected]
Tengdar myndir
Krakkavæn útgáfa