Jak Webb odsłania ślady ciemnej materii

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba pomógł astronomom stworzyć jak dotąd najdokładniejszą mapę ciemnej materii w jednym z najlepiej zbadanych fragmentów nieba, znanym jako pole COSMOS. Nowa analiza pokazuje, jak ta tajemnicza niewidzialna sieć kieruje powstawaniem gromad galaktyk, samych galaktyk, a w konsekwencji także gwiazd i planet.

Czym właściwie jest ciemna materia

Ciemna materia to rodzaj materii, której nie widzimy bezpośrednio, bo nie świeci ani nie odbija światła, ale ujawnia się przez grawitację. Jej obecność widać po tym, jak zakrzywia światło odległych galaktyk i jak wpływa na ruch gwiazd w galaktykach.

Według obecnych modeli kosmologicznych ciemna materia stanowi większość materii we Wszechświecie – to ona buduje wielkoskalowy szkielet kosmosu, na którym osiada zwykła materia, czyli gaz, gwiazdy i planety. Gdy kosmos był młody, niewielkie zagęszczenia ciemnej materii przyciągały coraz więcej materii, stopniowo tworząc gromady galaktyk i ogromne kosmiczne nici otaczające wielkie puste obszary.

Pole COSMOS: idealne laboratorium

Co to za fragment nieba

Nowe wyniki opierają się na obserwacjach fragmentu nieba znanego jako COSMOS, obserwowanego wcześniej m.in. przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a. To niewielki kawałek nieba, ale zawiera niemal 800 tysięcy galaktyk – w sam raz, by badać statystycznie rozkład materii w dużej skali.

Hubble już wcześniej dostarczył map ciemnej materii w tym obszarze, ale Webb – dzięki większemu zwierciadłu i obserwacjom w podczerwieni – widzi słabsze, dalsze galaktyki z dużo większą ostrością. To pozwala śledzić efekt tzw. soczewkowania grawitacyjnego z niespotykaną dotąd dokładnością.

Jak mierzy się coś niewidzialnego

Soczewkowanie grawitacyjne działa jak naturalna lupa: masywne struktury (zawierające głównie ciemną materię) zakrzywiają bieg promieni świetlnych od galaktyk leżących jeszcze dalej. Dla obserwatora z Ziemi takie galaktyki wyglądają minimalnie zniekształcone – ich obrazy są delikatnie rozciągnięte lub ściśnięte.

Analizując statystycznie kształty setek tysięcy galaktyk w polu COSMOS, zespół badawczy może odtworzyć mapę masy, jaka leży na drodze światła – a więc także rozkład ciemnej materii. Webb, dzięki lepszej rozdzielczości, pozwala wykryć mniejsze i subtelniejsze zniekształcenia niż wcześniejsze teleskopy.

Co nowego wniosła mapa Webba

Nowa mapa ciemnej materii, opublikowana w Nature Astronomy, potwierdza wcześniejsze wyniki, ale też pokazuje nowe szczegóły. Widać wyraźniej, że gęste węzły ciemnej materii pokrywają się z gromadami i grupami galaktyk, a nici tej niewidzialnej sieci prowadzą do obszarów intensywnego formowania gwiazd.

Dzięki większej czułości Webba astronomowie mogą badać rozkład ciemnej materii w większym zakresie odległości, a więc w różnych epokach kosmicznej historii. To ważne, bo pozwala sprawdzać, czy ciemna materia zachowuje się zgodnie z przewidywaniami standardowego modelu kosmologicznego, czy też w danych czai się sygnał nowej fizyki.

Co dalej: Teleskop Roman i Obserwatorium Światów Zdatnych do Zamieszkania

Szerzej, ale mniej szczegółowo

Autorki i autorzy pracy planują teraz wykorzystać przyszły Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman, który ma stworzyć mapy ciemnej materii na obszarze około 4400 razy większym niż pole COSMOS. Teleskop Roman będzie wymarzonym narzędziem do badania statystycznych własności ciemnej materii na ogromnych skalach, takich jak rozkład gromad galaktyk i kosmicznej sieci.

Mapy Teleskopu Roman pozwolą między innymi testować, czy własności ciemnej materii (np. to, jak szybko się porusza i jak zbija się w gęste skupiska) mogły zmieniać się w czasie kosmicznej historii. To z kolei jest kluczowe dla zrozumienia, jak powstawały i ewoluowały galaktyki, w tym takie jak Droga Mleczna.

Głębiej, ale na mniejszym wycinku

Choć Teleskop Roman będzie świetny do szerokich przeglądów, nie dorówna Webbowi pod względem rozdzielczości obrazów. Dlatego najdokładniejsze, wysokorozdzielcze mapy ciemnej materii nadal będą domeną JWST oraz planowanego w przyszłości Obserwatorium Światów Zdatnych do Zamieszkania (Habitable Worlds Observatory).

Taki podział ról jest bardzo korzystny: Teleskop Roman pokaże nam statystyczny obraz ciemnej materii w ogromnych skalach, a Webb i jego następca pozwolą przyjrzeć się wybranym regionom z drobiazgową szczegółowością. Wspólnie te misje mają szansę odpowiedzieć na pytanie, czy ciemna materia to rzeczywiście zimne cząstki, jak głosi model standardowy, czy coś znacznie bardziej egzotycznego.

Dlaczego to ważne dla nas

Choć ciemna materia jest niewidzialna, to bez niej Wszechświat wyglądałby zupełnie inaczej, a formowanie galaktyk i gwiazd przebiegałoby w odmienny sposób. Nowe mapy pokazują, jak ta tajemnicza substancja układa kosmiczną architekturę, której częścią jest także nasza Galaktyka i Układ Słoneczny.

Lepsze zrozumienie ciemnej materii pomoże również testować fundamentalne teorie fizyki – od rozszerzenia ogólnej teorii względności po modele nowych cząstek elementarnych. Każdy taki krok przybliża nas do odpowiedzi na jedno z najtrudniejszych pytań współczesnej nauki: z czego tak naprawdę zbudowany jest Wszechświat.

---

Główne źródła naukowe:
– NASA/JPL – „NASA Reveals New Details About Dark Matter’s Influence on Universe”, komunikat prasowy, 26 stycznia 2026 r.
– University of California Riverside – „James Webb Space Telescope reveals new details about dark matter in the universe”, na podstawie komunikatu JPL.

Opracowanie: Agnieszka Nowak