Tako kot valovanja v ribniku kažejo, da je nekdo vrgel kamen, tekel vodomer ali skočil žabo, obstoj skrivnostne snovi - temne snovi - določa njegov ogromen vpliv na vesolje. Astronomi ga ne morejo neposredno opazovati, vendar gravitacija temne snovi določa rojstvo, obliko in gibanje galaksij. Zaradi tega je bilo lansko odkritje popolnoma nepričakovano: v čudni difuzni galaksiji temne snovi sploh ni bilo mogoče najti. Mislite, da je to vse? Ne glede na to, kako je.
Galaksije brez temne snovi
Več znanstvenikov je to odkritje pozdravilo. Drugi so izrazili svoje dvome s kritiko merjenja razdalj in gibanja galaksije. Delež je velik: če resnično primanjkuje temne snovi v tej galaksiji, bo to paradoksalno potrdilo obstoj te materije.
In tako je prvotna ekipa pridobila dodatne dokaze v podporo svojemu prvotnemu odkritju. Poleg tega je bila odkrita druga galaksija s podobnimi simptomi. Kjer je bila včasih ena ultradifuzna galaksija brez temne snovi (na prvi pogled), sta zdaj dve.
"En predmet je vedno mogoče odpisati kot samoroga, a takoj, ko najdete dva samoroga, se začnete spraševati o možnem obstoju samorogov," pravi Michael Boylan-Kolchin, astronom na Teksaški univerzi v Austinu, ki ni bil vključen v študijo. "In potem začnete razmišljati, od kod prihajajo, kakšne so njihove lastnosti in kako pogoste so."
Iskanje samorogov
Promocijski video:
Dve galaksiji, ki nas zanimata, sta zelo bledi in daleč od Zemlje: fotoni iz njihovih zvezdnih grozdov so začeli potovati proti našemu planetu v zadnjih dneh vladanja dinozavrov, pred približno 65 milijoni let. Prva galaksija NGC 1052-DF2 je velikosti Mlečne poti, vendar vsebuje 100-krat manj zvezd. Nova galaksija NGC 1052-DF4 se nahaja na istem območju neba in je približno enaka po velikosti in masi.
Marca lani so znanstveniki pod vodstvom Shani Danieli in Petra van Dokkuma z univerze Yale objavili študijo, v kateri so ocenili velikost NGC 1052-DF2 z opazovanjem njegove zvezdne svetlobe, pa tudi premikov zvezdnih grozdov, ki ga obkrožajo. Če bi NGC 1052-DF2 vseboval toliko temne snovi, kot bi jo običajno pričakovali astronomi, bi temna snov povečala orbitalne hitrosti teh zvezdnih pojavov. A gibajo se počasi, kar kaže na to, da ni temne snovi. Kritiki trdijo, da so bile hitrosti teh zvezdnih grozdov napačno izračunane - in četudi so bile pravilne, je bila velikost vzorca le 10 zvezdnih grozdov preveč skromna, da bi zanesljivo lahko določili zalogo temne snovi NGC 1052-DF2.
Oktobra se je Danieli odločil, da se tega vprašanja loti z drugačno tehniko. Vzela je Keck Cosmic Web Imager, nov instrument, ki je bil pred kratkim nameščen za velikanskim 10-metrskim glavnim ogledalom teleskopa Keck na Havajih. Ta instrument lahko meri svetlobo iz zelo šibkih predmetov z izjemno visoko ločljivostjo, zato je idealen za preučevanje ultradifuznih galaksij, kot je NGC 1052-DF2. To orodje je bilo tako dobro, da Danieliju ni bilo treba več preučevati premikov zvezdnega grozda, da bi določil maso galaksije. Namesto tega bi lahko dobila maso neposredno, neposredno s pomočjo zvezdne svetlobe galaksije.
Glede na informacije zvezda vsebuje veliko tega. Z ločitvijo svetlobe na njene sestavne barve (to imenujemo spektroskopija) lahko znanstveniki določijo sestavo zvezde, njeno starost, smer v vesolju in hitrost. Večina teh informacij se prenaša v obliki spektralnih linij - linearnih elementov, vgrajenih v spekter zvezde zaradi emisije ali absorpcije različnih kemičnih elementov. Keckov instrument je izmeril spekter približno 10 milijonov zvezd v galaksiji DF2. Velikost širjenja med najhitrejšimi in najpočasnejšimi zvezdami v galaksiji daje predstavo o tem, koliko snovi med seboj deluje. Bolj kot je tema - temna ali kakšna druga vrsta - večja je širitev hitrosti zvezd.
"Na naše presenečenje smo izmerili izjemno ozke spektralne črte, ki puščajo zelo malo prostora za več mase, razen mase, ki jo zvezde prinašajo v galaksijo," pravi Danieli. Temni snovi preprosto ni mesta.
Medtem Erik Emsellem iz evropskega južnega observatorija in njegovi kolegi raziskujejo galaksijo z zelo velikim teleskopom v čilski puščavi Atacama. Odkrili so tudi disperzijo z nizko hitrostjo, ki podpira manjkajoči scenarij temne snovi.
Nicholas Martin, astronom z univerze v Strasbourgu v Franciji, je bil eden kritikov prvotnega članka. V nadaljevalnem dokumentu, objavljenem lani, je trdil, da je pretežko oceniti maso galaksije DF2 na podlagi premikov okoliškega zvezdnega grozda. Toda Martin pravi, da so ga pomirili zadnji rezultati Danielija in Emsella.
"To je postalo mogoče zaradi novih instrumentov, ki so prispeli do največjih teleskopov na planetu. In če sem iskren, pred enim letom mi ni bilo očitno, da bi bilo to izvedljivo. Pred letom dni nisem bil pripravljen reči, da bo ta sistem popolnoma čuden, saj se mi je zdelo, da meritve niso v celoti podprte s podatki. Toda zdaj, ko obstajata dve različni ekipi, ki sta merili hitrostni razpon zvezd, mislim, da je postalo očitno, da obstaja čudaštvo."
Ugotovitve Danielija so bile predstavljene na konferenci o temni snovi na univerzi Princeton in bodo objavljene v časopisu Astrophysical Journal Letters.
Na splošno njene raziskave kažejo, da obstaja cel razred takšnih galaksij, ki so slabe temne snovi.
V iskanju manjkajoče stvari
Nekateri astronomi si pletejo možgane, kako bi se lahko oblikovale takšne galaksije in kam je šla temna snov. Boylan-Kolchin pravi, da je ena od možnosti gravitacijski poteg sosednje, veliko večje galaksije, ločene od temne snovi. Ali DF2 in DF4 morda sploh nista galaksiji, ampak skromne zbirke zvezd, prikrite v galaksije; v tem primeru se lahko te izolirane skupine zvezd tvorijo iz trkajočih curkov plina, ki uhajajo drugam. Lahko pa obstajajo še bolj dolgočasni scenariji, na primer orientacija galaksij glede na Zemljo, kar negativno vpliva na natančne spektralne meritve njihovega gibanja.
Zagotovo je eno: če ne pride do tehtnih dvomov, bo odsotnost temne snovi v galaksijah prepričljivo pokazala, da je ta zadeva ločljiva od zvezd, plina, prahu in drugih navadnih snovi. In to bo okrepilo argument za obstoj temne snovi.
Do danes nihče zagotovo ni odkril temne snovi, kljub desetletjem intenzivnih raziskav. Pomanjkanje dokazov je nekatere astrofizike spodbudilo k iskanju alternativnih načinov za sestavljanje galaksij in nadzor nad njihovim gibanjem skozi nastanek hipotez, kot so "nastajajoča gravitacija" in "spremenjena newtonska dinamika." Zagovorniki teh hipotez trdijo, da večina astronomov verjame, da je temna snov lahko pojav, ki izhaja iz fizike, ki je ne razumemo v celoti. Toda v tem primeru bodo te nenavadne galaksije govorile v prid dejstvu, da so alternative napačne in da je res lahko vzrok temna snov.
Ilya Khel