Ciemna materia nie taka ważna
Nowe obserwacje wskazują, że masywne, gwiazdotwórcze galaktyki ze szczytowej epoki powstawania galaktyk, 10 miliardów lat temu, były zdominowane przez materię barionową (czyli "zwykłą"). Kontrastuje to z dzisiejszymi galaktykami, w których efekty od tajemniczej ciemnej materii wydają się znacznie większe.
Ten zaskakujący rezultat został uzyskany przy pomocy należącego do ESO teleskopu VLT. Sugeruje, że ciemna materia była mniej wpływowa we wczesnym wszechświecie niż obecnie. Badania naukowe zaprezentowano w czterech publikacjach, z których jedną zamieszczono dzisiaj w czasopiśmie "Nature".
Zwykłą materię widzimy jako jasno świecące gwiazdy, gaz i obłoki pyłu. Ale bardziej nieuchwytna ciemna materia nie emituje, nie absorbuje, ani nie odbija światła i można ją zaobserwować jedynie poprzez efekty grawitacyjne. Istnienie ciemnej materii może wyjaśnić dlaczego zewnętrzne części pobliskich galaktyk spiralnych rotują szybciej niż oczekiwałoby się, gdyby występowała tylko materia, którą widzimy bezpośrednio.
Międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez Reinharda Genzela z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics w Garching (Niemcy) użył instrumentów KMOS i SINFONI na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) w Chile do zmierzenia rotacji sześciu masywnych, gwiazdotwórczych galaktyk w odległym wszechświecie, w szczytowym okresie formowania się galaktyk 10 miliardów lat temu.
To co badacze odkryli, jest intrygujące: w przeciwieństwie do galaktyk we współczesnym wszechświecie, zewnętrzne rejony odległych galaktyk wydają się rotować wolniej, aniżeli obszary bliżej jądra - co sugeruje, że jest tam mniej ciemnej materii niż oczekiwano.
- Zaskakująco, prędkości rotacji nie są stałe, ale maleją z rosnącą odległością galaktyk. Prawdopodobnie są ku temu dwa powody. Po pierwsze, większość tych wczesnych masywnych galaktyk jet silnie zdominowana przez zwykłą materię, z ciemną materią odgrywającą znacznie mniejszą rolę niż w lokalnym wszechświecie. Po drugie, wczesne dyski były znacznie bardziej turbulentne niż galaktyki spiralne, które widzimy w naszym kosmicznym sąsiedztwie - powiedział Reinhard Genzel, pierwszy autor publikacji w "Nature".
Oba efekty wydają się bardziej znaczące, gdy astronomowie patrzą coraz dalej w czasie, we wczesny wszechświat. Sugeruje to, że od 3 do 4 miliardów lat po Wielkim Wybuchu gaz w galaktykach był już wystarczająco skondensowany w płaskie, rotujące dyski, podczas gdy otaczające je halo ciemnej materii było znacznie większe i bardziej rozproszone. Najwyraźniej zajęło kolejne miliardy lat zanim ciemna materia także się skupiła i jej dominujący efekt jest widoczny tylko w prędkościach rotacji dzisiejszych dysków galaktycznych. Wyjaśnienie to jest zgodne z obserwacjami pokazującymi, że wczesne galaktyki były znacznie bogatsze w gaz i bardziej zwarte niż współczesne.
Sześć galaktyk, dla których wykonano mapy w opisywanych badaniach, było częścią większej próbki setek odległych, gwiazdotwórczych dysków sfotografowanych przy pomocy instrumentów KMOS i SINFONI na należącym do ESO teleskopie VLT w Obserwatorium Paranal w Chile. Dodatkowo do indywidualnych pomiarów galaktyk opisanych powyżej, utworzono także średnią krzywą rotacji poprzez połączenie słabszych sygnałów od innych galaktyk. Tak złożona krzywa także pokazuje taki sam trend spadku prędkości w stronę od centrów galaktyk. Na dodatek, dwa kolejne badania 240 dysków gwiazdotwórczych wspierają ten wnioski.
Szczegółowe modelowanie pokazuje, że gdy zwykła materia typowo odpowiada za około połowę całkowitej masy wszystkich galaktyk (średnio), całkowicie dominuje dynamikę galaktyk o najwyższych przesunięciach ku czerwieni.
