Ciemna materia znacznie mniej istotna we wczesnym Wszechświecie

Najnowsze obserwacje wskazują, że masywne galaktyki gwiazdotwórcze w epoce powstawania galaktyk 10 miliardów lat temu zdominowane były przez materię barionową. Nie przypominają zatem dzisiejszych galaktyk, w których wpływ tajemniczej ciemnej materii wydaje się być dużo większy. Takie zaskakujące wyniki uzyskane podczas obserwacji za pomocą Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) wskazują, że ciemna materia nie miała aż tak dużego wpływu na wczesny Wszechświat jak dzisiaj.

 

Normalną materię (czyli materię barionową) widzimy dzisiaj w postaci jasno świecących gwiazd, gazu i obłoków pyłu. W odróżnieniu od niej tajemnicza ciemna materia nie emituje, nie pochłania ani nie odbija promieniowania i może być obserwowana poprzez wpływ jej grawitacji na inne obiekty. Obecność ciemnej materii tłumaczy dlaczego zewnętrzne rejony pobliskich galaktyk spiralnych rotują szybciej niż oczekiwalibyśmy gdyby te galaktyki składały się tylko z widzianej w nich materii barionowej.

 

Teraz, międzynarodowy zespół astronomów pracujący pod kierownictwem Reinharda Genzela z Insytutu Maxa Plancka w Garching w Niemczech zaprzągł do pracy instrumenty KMOS oraz SINFONI zainstalowane na Bardzo Dużym teleskopie w Chile. Oba instrumenty mierzyły tempo rotacji sześciu masywnych galaktyk gwiazdotwórczych odległego Wszechświata widzianych w okresie powstawania galaktyk 10 miliardów lat temu.

To co odkryli było zaskakujące: w przeciwieństwie do galaktyk obserwowanych we współczesnym Wszechświecie, zewnętrzne rejony tych odległych galaktyk wydają się rotować wolniej niż obszary znajdujące się bliżej centrum – co wskazuje, że jest w nich mniej ciemnej materii niż oczekiwano.

Ku naszemu zaskoczeniu prędkość rotacyjna nie jest stała lecz spada wraz z odległością od centrum galaktyki – komentuje Reinhard Genzel, główny autor artykułu opublikowanego w periodyku Nature. Istnieją dwa wytłumaczenia dla takiego stanu rzeczy. Po pierwsze, większa część tych wczesnych masywnych galaktyk silnie zdominowana jest przez normalną materię, a ciemna materia odgrywa w nich dużo mniejszą rolę niż w Lokalnym Wszechświecie. Po drugie, te wczesne dyski były dużo bardziej chaotyczne niż galaktyki spiralne obserwowane w naszym kosmicznym otoczeniu.

 

 

Obydwa efekty wydają się tym bardziej nasilone im dalej poszukujemy galaktyk. To wskazuje, że 3-4 miliardy lat po Wielkim Wybuchu, gaz tworzący galaktyki zdążył już uformować płaskie, rotujące dyski, a otaczające je halo ciemnej materii było znacznie większe i bardziej rozmyte. Widocznie ciemna materia potrzebowała kolejnych miliardów lat do ułożenia się ciasno wokół galaktyk, stąd jej wpływ widoczny jest tylko w prędkościach rotacyjnych dysków galaktycznych w lokalnym Wszechświecie.

Powyższe wytłumaczenie zgadza się z obserwacjami wskazującymi, że wczesne galaktyki były dużo bogatsze w gaz i bardziej kompaktowe niż współczesne galaktyki.

Sześć galaktyk badanych przez naukowców należały do większej próbki setek odległych dysków aktywnie formujących gwiazdy, a obserwowanych za pomocą instrumentów KMOS oraz SINFONI zainstalowanych na Bardzo Dużym Teleskopie w Obserwatorium Paranal w Chile. Oprócz pomiarów pojedynczych galaktyk opisanych owyżej, naukowcy połączyli słabsze sygnały z innych galaktyk tworząc w ten sposób średnią krzywą rotacji. Ta uśredniona krzywa także wykazywała ten sam trend spadku prędkości wraz ze wzrostem odległości od centrum galaktyk.

Szczegółowe modele wskazują, że choć normalna materia zwyczajowo odpowiada za około połowę całkowitej masy galaktyk, całkowicie dominuje ona dynamikę galaktyk na największych redshiftach.

Powyższe badania opisano w artykule zatytułowanym Strongly baryon dominated disk galaxies at the peak of galaxy formation ten billion years ago autorstwa R. Genzela et al., opublikowanym w periodyku Nature.

Źródło: ESO

Komentarze

comments