Stejně jako vlnky v jezírku naznačují, že někdo hodil kámen, spustil vodoměr nebo skočil do žáby, existence tajemné látky - temné hmoty - je určována jeho obrovským vlivem na prostor. Astronomové to nemohou přímo pozorovat, ale gravitace temné hmoty určuje narození, tvar a pohyb galaxií. Díky tomu je loňský objev zcela neočekávaný: v podivné, rozptýlené galaxii nebyla nalezena žádná temná hmota. Myslíš si, že je to všechno? Bez ohledu na to, jak to je.
Galaxie bez temné hmoty
Několik vědců tento objev uvítalo. Jiní vyjádřili své pochybnosti kritizováním měření vzdáleností a pohybu galaxie. V sázce jsou vysoké: pokud v této galaxii skutečně chybí temná hmota, paradoxně potvrdí existenci této hmoty.
A tak původní tým získal další důkazy na podporu svého původního objevu. Kromě toho byla objevena druhá galaxie s podobnými příznaky. Tam, kde bývala jedna ultradifusní galaxie bez temné hmoty (na první pohled), jsou nyní dvě.
"Jeden objekt lze vždy odepsat jako jednorožec, ale jakmile najdete dva jednorožce, začnete přemýšlet o možné existenci jednorožců," říká Michael Boylan-Kolchin, astronom z Texasské univerzity v Austinu, který se studie nezúčastnil. "A pak začnete přemýšlet o tom, odkud pocházejí, jaké jsou jejich vlastnosti a jak jsou běžné."
Hledání jednorožců
Propagační video:
Dvě galaxie, které nás zajímají, jsou velmi slabé a daleko od Země: fotony z jejich hvězdných uskupení začaly cestovat na naši planetu v posledních dnech vlády dinosaurů, asi před 65 miliony let. První galaxie NGC 1052-DF2 je velikost Mléčné dráhy, ale obsahuje 100krát méně hvězd. Nová galaxie NGC 1052-DF4 se nachází ve stejné oblasti oblohy a má přibližně stejnou velikost a hmotnost.
V březnu loňského roku vědci pod vedením Shani Danieliho a Petera van Dokkuma z Yale University zveřejnili studii, která odhadla velikost NGC 1052-DF2 pozorováním jejího hvězdného světla, jakož i pohybů hvězdokup, které ji obklopují. Pokud by NGC 1052-DF2 obsahoval tolik temné hmoty, jak od ní astronomové obecně očekávají, temná hmota by zvýšila orbitální rychlosti těchto hvězdných jevů. Ale pohybují se pomalu, což naznačuje, že není žádná temná hmota. Kritici tvrdí, že rychlosti těchto hvězdokup byly špatně vypočteny - a i když byly správné, velikost vzorku pouhých 10 hvězdokup byla příliš skromná, aby spolehlivě určila zásoby tmavé hmoty NGC 1052-DF2.
V říjnu se Danieli rozhodl tento problém vyřešit pomocí jiné techniky. Vzala si Keck Cosmic Web Imager, nový nástroj nedávno nainstalovaný za obrovským 10 metrovým hlavním zrcadlem dalekohledu Keck na Havaji. Tento přístroj dokáže měřit světlo velmi slabých objektů s extrémně vysokým rozlišením, což je ideální pro studium ultradiferních galaxií, jako je NGC 1052-DF2. Tento nástroj byl tak dobrý, že Danieli už nemusel studovat pohyby hvězdokupy, aby určil hmotnost galaxie. Místo toho mohla přímo hromadit hmotu, přímo pomocí hvězdného světla galaxie.
Pokud jde o informace, hvězdné světlo obsahuje mnoho. Rozdělením světla na základní barvy (nazývané spektroskopie) mohou vědci určit složení hvězdy, její věk, směr v prostoru a rychlost. Většina těchto informací je přenášena ve formě spektrálních čar - lineárních prvků zabudovaných do spektra hvězdy kvůli emisi nebo absorpci různých chemických prvků. Keckův přístroj měřil spektrum přibližně 10 milionů hvězd v galaxii DF2. Velikost šíření mezi nejrychlejšími a nejpomalejšími hvězdami v galaxii dává představu o tom, jak moc s nimi hmota interaguje. Čím více hmoty - temné nebo jiné - tím větší je rozptyl rychlostí hvězd.
"K našemu vlastnímu překvapení jsme změřili extrémně úzké spektrální čáry, které ponechávají velmi malý prostor pro další hmotu než hmotu přivedenou hvězdami do galaxie," říká Danieli. Pro temnou hmotu prostě není místo.
Mezitím Erik Emselem z Evropské jižní observatoře a jeho kolegové zkoumají galaxii pomocí Velkého dalekohledu v chilské poušti Atacama. Objevili také disperzi s nízkou rychlostí, která podporuje scénář chybějící temné hmoty.
Nicholas Martin, astronom na univerzitě ve Štrasburku ve Francii, byl jedním z kritiků původního článku. Ve svém příspěvku zveřejněném minulý rok tvrdil, že je příliš obtížné odhadnout hmotnost galaxie DF2 na základě pohybů okolního hvězdokupu. Martin ale říká, že byl upokojen nejnovějšími výsledky od Danieliho a Emsella.
„To bylo možné díky novým nástrojům, které dorazily k největším dalekohledům na planetě. A abych byl upřímný, před rokem mi nebylo jasné, že by to bylo proveditelné. Před rokem jsem nebyl připraven říci, že tento systém bude naprosto nutně zvláštní, protože se mi zdálo, že měření data plně nepodporovala. Ale teď, když existují dva různé týmy, které změřily rychlostní rozsah hvězd samotných, myslím, že se ukázalo, že existuje divnost."
Danieliho zjištění byla prezentována na konferenci o temné látce na Princetonské univerzitě a bude zveřejněna v Astrophysical Journal Letters.
Celkově její výzkum naznačuje, že existuje celá třída takových galaxií chudých na temnou hmotu.
Při hledání chybějící věci
Někteří astronomové přemýšlejí o tom, jak by se takové galaxie mohly tvořit a kam temná hmota šla. Boylan-Kolchin říká, že jednou z možností je gravitační tah sousední mnohem větší galaxie oddělené od temné hmoty. Nebo DF2 a DF4 nemusí být vůbec galaxiemi, ale skromnými sbírkami hvězd maskovaných jako galaxie; v tomto případě by se tyto izolované skupiny hvězd mohly tvořit z kolizí proudů plynu unikajících jinde. Nebo mohou existovat ještě nudnější scénáře, například orientace galaxií vzhledem k Zemi, což nepříznivě ovlivňuje získání přesných spektrálních měření jejich pohybů.
Jedno je jisté: pokud nevzniknou žádné vážné pochybnosti, nepřítomnost temné hmoty v galaxiích přesvědčivě ukáže, že tato záležitost je oddělitelná od hvězd, plynu, prachu a jiných běžných látek. A to zase posílí argument pro existenci temné hmoty.
K dnešnímu dni nikdo neobjevil temnou hmotu navzdory desetiletím intenzivního výzkumu. Nedostatek důkazů přiměl některé astrofyziky, aby hledali alternativní způsoby, jak vyřezávat galaxie a ovládat jejich pohyb prostřednictvím vzniku hypotéz, jako je „vznikající gravitace“a „modifikovaná newtonovská dynamika“. Zastáncové těchto hypotéz tvrdí, že většina astronomů věří, že temná hmota může být fenomén, který vychází z fyziky, kterému plně nerozumíme. Ale v tomto případě budou tyto podivné galaxie mluvit ve prospěch skutečnosti, že alternativy jsou špatné a že temná hmota může být příčinou.
Ilya Khel