Obstaja temna energija, zaradi katere se vesolje širi, in temna snov, ki drži ogromne grude in zvezdne grozde skupaj. Vse znane galaksije vsebujejo približno petkrat več temne snovi kot običajne. Vendar obstaja galaksija, v kateri je temna snov skoraj popolnoma odsotna. Ali gre za galaksijo, ki izziva temno snov ali se tukaj dogaja kaj bolj zapletenega?
Naše vesolje ni takšno kot mi. Sestavljeni smo iz atomov in drugih oblik navadne materije, medtem ko po podatkih kozmičnih opazovanj večino Vesolja sestavlja temna snov. Obstaja temna energija, zaradi katere se vesolje širi, in temna snov, ki drži ogromne grude in zvezdne grozde skupaj. V vseh znanih galaksijah je približno petkrat več temne snovi kot običajne, kar vodi do gravitacijskih učinkov, ki jih opazimo.
So pa tudi izjeme. Letos so astronomi odkrili eno najbolj skrivnostnih galaksij, ki je označena kot NGC 1052-DF2. Razpršen je, velikosti Mlečne poti, vendar ima več kot sto krat manj zvezd kot pri nas. Prva opažanja so pokazala, da v njej skoraj ni temne snovi (ali morda tudi skoraj ne). Ali gre za galaksijo, ki izziva temno snov ali se tukaj dogaja kaj bolj zapletenega? Leto 2018 se bliža koncu in tega smo se naučili doslej.
Ko se je Vesolje pojavilo v obliki, kakršno poznamo, je bilo vroče, gosto, skoraj popolnoma homogeno. Razširila se je in se napolnila s snovjo in sevanjem. Ko se je širila, se je hladila in zaradi tega je sevanje izgubljalo energijo. Ko je v vesolju začela prevladovati materija, je sila gravitacije začela privabljati dodatno maso v preobčutljiva območja. To je povzročilo nastanek plinskih grozdov, zvezd, zvezdnih grozdov in sčasoma galaksij.
Vesolje je začelo rasti točno na ta način: najprej z najmanjšim tempom in v majhnem obsegu. V vesolju, kjer je povprečna gostota povsod enaka, manjša linearna lestvica pomeni manjšo maso. Ko se nove zvezde tvorijo v majhnem obsegu, lahko veter, sevanje in nastale supernove izpuščajo velike količine navadne snovi od znotraj. Kot rezultat tega imajo številne galaksije majhnih velikosti, ki jih danes opazujemo, drugačno razmerje med temno in navadno snovjo kot standardno pet do ena.
Ko pa se galaksije razširijo in postanejo velikosti Mlečne poti, se v večjem obsegu to razmerje med petimi in enakim skoraj povsod pojavlja. Tudi največji valovi nastajanja zvezd ne morejo izluščiti velike količine snovi iz galaksije. Navadne snovi je mogoče izvleči iz svoje domače galaksije le s hitrim potovanjem po galaksijskih grozdih. In tiste galaksije, ki so zunaj takih grozdov, so lahko mirne.
Zato je bil NGC 1052-DF2 veliko presenečenje. Z enakimi fizičnimi dimenzijami kot Mlečna pot nima lastnosti, ki jih najdemo v naši galaksiji. To ni spirala, nima diska, nima osrednje zgostitve, število zvezd v njej pa je le pol odstotka števila zvezd v naši galaksiji. Prav tako ni eliptična galaksija, zato se od naše razlikuje ne le po vrsti. Toda to je vse neumnost v primerjavi z nenavadnostmi, ki jih najdemo v njej.
V naši Mlečni poti je več kot 100 krogličnih zvezdnih grozdov, ki so v obliki halo raztreseni po naši galaksiji. Ti predmeti so v glavnem na stotine tisoč ali celo milijonov zvezd, ki so v polmeru le nekaj deset svetlobnih let koncentrirani v sferičnem območju. V večini primerov so tvorile zvezde naenkrat, pred mnogimi milijardami let, njihove zvezde pa se gibljejo v notranjosti, popolnoma v skladu z zakoni gravitacije. In v naši Mlečni poti se bodo ti kroglični grozdi pomešali med seboj s hitrostjo sto kilometrov na sekundo. To je skladno z dejstvom, da ima Mlečna pot velik in masiven obroč temne snovi.
Promocijski video:
Toda NGC 1052-DF2 je drugačna zgodba. Ta galaksija ima na splošno skupne kroglične grozde. Ti kroglični grozdi so nekoliko večji od naših, vendar to ni presenetljivo. Neverjetno v nečem drugem. Vsi imajo približno enako hitrost.
To opazovanje se zdi grozno dvomljivo. V kateri koli galaksiji mora obstajati razmerje med hitrostjo premikanja predmetov v notranjosti in skupno gravitacijsko maso njihove sestave. Ta odnos se kaže na različne načine, odvisno od tega, kako gledate nanj. A morda je najlažji način delovanja energija. Med potencialno in kinetično energijo obstaja ravnovesje.
Ko je v galaksiji takšen kup predmetov, na katere vpliva enaka skupna masa, lahko pričakujemo, da se nam bodo nekateri od teh objektov približali, nekateri pa se odmaknili. Pričakujemo lahko, da večja kot je skupna masa, večja je razlika v hitrosti med predmeti, ki se najhitreje približajo in se umikajo. Astronomi včasih imenujejo to hitrostno razpršitev, ki je porazdelitev, kako hitro se različni predmeti premikajo drug glede drugega.
V Mlečni poti je hitrostna razpršitev med kroglastimi grozdi velika, povprečna ± 200-300 km / s, kar je podobno hitrosti Sonca okoli središča galaksije. Vendar pa so v NGC 1052-DF2 premiki krogličnih grozdov tako nepomembni, da se zdi, kot da je mase zelo malo in za temno snov praktično ni prostora.
Mogoče je pri meritvah prišlo do napake, vendar to malo verjetno. Možno je tudi, da znotraj takšnih galaksij praktično ni temne snovi, vendar ta scenarij nasprotuje teoretičnim domnevam. Toda preden začnemo govoriti o napačnosti meritev in naših teorijah, je treba v takih primerih izključiti najverjetnejšo možnost: da so meritve pravilne in da je tam temna snov.
V tem primeru bi potrebovali neodvisno metodo za merjenje temne snovi.
Obstaja očiten način, da pokažemo, da so meritve pravilne, galaksija pa še vedno vsebuje temno snov: če se gibajoče se kroglične grozdi, ki jih opazimo, ne kažejo, kako se v resnici giblje snov v galaksiji. Iz globin Mlečne poti lahko opazimo, da so v njej enakomerno razporejeni kroglasti grozdi. Če pa najdemo kroglične grozde le na najbolj oddaljenih točkah njihove orbite od središča NGC 1052-DF2, potem se nagibajo k umetno nizkim hitrostnim disperzijam.
Ni jasno, zakaj je temu tako, toda NGC 1052-DF2 je na razdalji 65 milijonov svetlobnih let neprijetno opazovati. To je točno črta, čez katero Hubble ne vidi posameznih zvezd. In ker gre za izjemno razpršeno galaksijo, so meritve tam še težje. Če pa zberete veliko število spektralnih meritev po celotni galaksiji in jih nato dodate, lahko izmerite razpršitev hitrosti zvezd znotraj galaksije.
To je bolj neposredno merjenje galaktične mase v primerjavi z meritvami krogelnih grozdov. Z določitvijo, kako se vse zvezde gibljejo v notranjosti, dobimo boljšo predstavo o tem, kako se zvezde v notranjosti gibljejo glede na celotno galaksijo.
Namesto nekaj točkovnih meritev, ki jih uporabljamo za pridobitev notranje mase, imamo na voljo večji nabor bolj doslednih podatkov. Globolarni grozdi kažejo zelo malo relativnega premika, kar kaže na majhno maso in malo temne snovi. Tu pa obstaja velika domneva. Izhajamo iz predpostavke, da meritve več krogelnih grozdov označujejo gibanje zvezd znotraj.
Ko so znanstveniki izvedli te meritve, so ugotovili, da se zvezde v notranjosti premikajo ena glede na drugo.
To so prvi rezultati spektralne analize zvezd znotraj super razpršene galaksije, vendar kažejo, da hitrostna disperzija še vedno obstaja. To je le majhen del hitrostne razpršitve Mlečne poti, saj je tam hitrost ± 16 km / s, vendar je to za normalno razpršeno galaksijo povsem normalno. Natančnejši izračuni mas za zvezde v galaksiji namesto na več krogelnih grozdih kažejo, da mora biti v notranjosti še vedno veliko temne snovi.
Tudi ko je hitrost disperzije zvezd majhna, pri ± 16 km / s, je to dovolj, da dvomimo v prejšnje rezultate, ki kažejo na odsotnost temne snovi. Poleg tega je ekipa, ki je izvedla te meritve, izmerila tudi dva dodatna zvezdna grozda in izboljšala rezultate petih drugih meritev in izkazalo se je, da je notranja hitrostna disperzija za teh 12 grozdov skupaj ± 10,5 km / s.
Pošteno bi bilo reči, da obstajajo galaksije vseh vrst - po obliki, velikosti, gostoti in masi. Kljub temu, kar vemo, se še vedno učimo o tem, kako se oblikujejo, razvijajo in rastejo v vesolju. Kadarkoli imamo neverjetno opazovanje, moramo najprej preveriti, ali bo našel potrditev, če bomo isto opazovanje izvedli z drugačno metodo.
Nova opažanja ne dokazujejo obstoja temne snovi, vendar odstranjujejo glavni razlog za dvom o njej. Zdaj nimamo ločenega predmeta, ki nima kozmične razlage, temveč objekt, ki ustreza opazovanjem mnogih drugih podobnih predmetov istega razreda. NGC 1052-DF2 je zanimiv predmet, vreden nadaljnjega preučevanja, vendar verjetno ne bo v celoti primanjkovalo temne snovi. Opazovanje je vedno najboljša referenca, vendar ta rezultat poudarja, kako pomembno je neodvisno preverjanje opravljenega dela, preden dosežemo grandiozne in revolucionarne zaključke.
Ethan Siegel