Astrometria zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego w satelitarnej misji Gaia...

Ciemna materia pozostaje jedną z największych zagadek Wszechświata. Istnieją niezbite dowody na istnienie czegoś, czego nie możemy bezpośrednio zobaczyć, ale co wpływa na zachowanie gwiazd w galaktykach. Występowanie ciemnej materii postulowano już od lat trzydziestych XX wieku, ale do tej pory nie mamy pojęcia, czym ona jest. Jedna z koncepcji mówiła, że ciemna materia to obiekty rozmiarów planet i gwiazd, które nie świecą, nazwane MACHO od angielskiego massive astrophysical compact halo objects. W roku 1986 polski astronom Bohdan Paczyński zaproponował nowatorską metodę sprawdzenia tej hipotezy z wykorzystaniem zjawiska soczewkowania grawitacyjnego. Ten efekt, przewidziany już przez Einsteina, powoduje zakrzywienie biegu promieni świetlnych odległych gwiazd, gdy przebiegają one w pobliżu ciemnego i zwartego obiektu, takiego jak MACHO. Paczyński postulował, że gdyby nasza Galaktyka zawierała bardzo dużo MACHO, to powinniśmy bardzo często obserwować zjawiska grawitacyjnego soczewkowania objawiające się chwilowymi pojaśnieniami odległych gwiazd. Jednakże obserwacje prowadzone przez prawie 20 lat, przede wszystkim przez polski projekt OGLE z Uniwersytetu Warszawskiego, pokazały bardzo niewiele takich zjawisk, co oznacza, że MACHO o rozmiarach planet i gwiazd są bardzo nieliczne i nie mogą tłumaczyć znaczącej części ciemnej materii.

dr hab. Łukasz Wyrzykowski przy teleskopie OGLE w Chile

Z punktu widzenia astrofizyki pozostaje jednak jeszcze do zweryfikowania hipoteza, że przynajmniej część ciemnej materii to obiekty dużo cięższe niż zwykłe gwiazdy, mianowicie czarne dziury. Czarne dziury są bardzo trudne do wykrycia i do tej pory znamy ich jedynie kilka dzięki ich interakcjom z otoczeniem. Celem niniejszego projektu jest wykrycie samotnych czarnych dziur i zmierzenie ich mas. Wykorzystane do tego będzie ponownie zjawisko soczewkowania grawitacyjnego, które powoduje zarówno chwilowe pojaśnienie, jak i subtelne pozorne przesunięcie gwiazdy tła. Zmiana pozycji obrazu tej gwiazdy jest na tyle mała, że do tej pory nie było to możliwe przy pomocy istniejących instrumentów. Taką okazję stwarza wystrzelona w grudniu 2013 roku misja Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej. Gaia będzie w stanie zmierzyć minimalne zmiany w położeniu soczewkowanej gwiazdy, co uzupełnione obserwacjami naziemnymi z projektu OGLE, pozwoli na wyznaczenie masy obiektów soczewkujących. Im cięższy obiekt, tym większa zmiana położenia i tym większe szanse na wykrycie czarnej dziury. W ramach projektu przygotowane zostanie oprogramowanie do analizy danych z misji Gaia, będące w stanie wykryć chwilową anomalię astrometryczną. Dodatkowo koordynowane będą obserwacje naziemne kandydatów na czarne dziury, dzięki którym możliwe będzie potwierdzenie anomalii oraz wyznaczenie masy i odległości soczewki. Wyniki tych badań powinny pomóc w określeniu, jak liczne są czarne dziury w naszej Galaktyce i stwierdzenie, czy chociaż częściowo tłumaczą one zagadkę ciemnej materii.

Dr hab. Łukasz Wyrzykowski

Pochodzi z Choszczna. Absolwent Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. Członek zespołu OGLE od 2000 roku. Pracę doktorską na temat zjawisk soczewkowania grawitacyjnego w Drodze Mlecznej obronił w Obserwatorium Astronomicznym Uniwersytetu Warszawskiego, gdzie również uzyskał habilitację za badania nad ciemną materią. Odbył staże w Izraelu, Manchesterze oraz na Uniwersytecie w Cambridge w Wielkiej Brytanii, gdzie również zaangażował się w prace nad europejską misją Gaia. Obecnie prowadzi badania nad naturą ciemnej materii za pomocą soczewkowania grawitacyjnego oraz ciemnej energii z wykorzystaniem wybuchów supernowych.

Data publikacji: 10.01.2014