Mégis csak lehet sötét anyag a halovány törpegalaxisban

1554

Másfél hónapja itt a Csillagászat.hu-n is beszámoltunk egy szenzációs bejelentésről, miszerint Pieter van Dokkum, a Yale Egyetem csillagásza és munkatársai felfedezték az első olyan nagy csillaghalmazt, az NGC 1052-DF2 jelű törpegalaxist, amelyből gyakorlatilag teljesen hiányzik a sötét anyag. Az azóta eltelt rövid idő ellenére sok, a felfedezéssel szemben szkeptikus csillagász adott hangot kétkedésének, rámutatva a felfedezés technikai és elméleti hátterének gyenge pontjaira. Az eset több szempontból is igen tanulságos. Egyrészt újfent felhívja a figyelmet a szenzációsnak hangzó felfedezésekkel szembeni egészséges szkepticizmus fontosságára, másrészt látványosan szemlélteti a tudomány működésének és előremenetelének módját, ami bár rendkívül hatékony, de semmiképp nem nyílegyenes.

A sötét anyag egy ismeretlen eredetű gravitációforrás a világegyetemben, amire számtalan jelenség megmagyarázásához szükség van. Jelenlegi tudásunk szerint elektromágnesesen és nukleárisan egyáltalán nem, csak gravitációsan hat kölcsön az univerzum többi összetevőjével. Így bár pontos eredete és tulajdonságai ismeretlenek, az elmélete mégis nagyon erősen megalapozott, a kozmológusok túlnyomó többsége tényként kezeli létezését. Jól tudjuk, hogy a szokványos anyag rendkívül erős csomósodásokat, sűrűségfluktuációkat mutat – gyakorlatilag vákuumba ágyazódott csillagokat, csillagközi molekulafelhőket, porködöket, galaxisokat és galaxishalmazokat alkot. Ezzel szemben a sötét anyag – bár szintén a galaxisok és galaxishalmazok környezetében koncentrálódik, eloszlása minden jel szerint sokkal egyenletesebb. Eddig azonban a mérések alapján úgy tűnt, hogy a sötét és szokványos anyag aránya galaktikus léptéken nagyjából állandó, vagyis mindenütt mintegy hatszor nagyobb tömegű sötét anyag van jelen mint fénylő. Ez a megfigyelés pedig nyitva tart egy kiskaput az alternatív gravitációhipotézisek előtt. Ezek a hipotézisek alternatívát kínálnak a sötét anyaggal szemben oly módon, hogy feltételezik, a gravitáció nagy távolságokon nem pontosan úgy működik, ahogyan azt Newton, illetve Einstein gravitációelméletei leírják, és a sötét anyagnak tulajdonított gravitációs anomáliákat valójában a szokványos anyag okozza.

Paradox módon ezt a kiskaput zárta volna be egy sötét anyag-mentes galaxis felfedezése. Hiszen egy ilyen égitest léte azt erősítené meg, hogy a sötét anyag valóban a szokványos anyagtól függetlenül létezik.

A NASA/ESA Hubble űrtávcsövének felvétele a 65 millió fényévre lévő NGC 1052-DF2 törpegalaxisról. Forrás: Hubble.

Lássuk tehát az NGC 1052-DF2 sötét anyag-mentességére vonatkozó következtetésnek a tanulmány bírálói szerinti gyenge pontjait. Emlékeztetőül, a felfedezés alapjául a törpegalaxis körül talált tíz gömbhalmaz sebességeloszlásának vizsgálata szolgált. A gömbhalmazok sokkal kisebb látóirányú sebességekkel, vagyis alacsony sebességdiszperzióval mozognak, mint amit a megfigyelt fénylő anyag mennyisége, valamint a jellemzően hozzá társuló hatszoros tömegű sötét anyag gravitációs vonzása indokolna. Fontos tényező továbbá az is, hogy a szóban forgó törpegalaxis az NGC 1052 jelű óriás elliptikus galaxis közelében látszik – innen a megjelölése – és annak gravitációsan kötött kísérőgalaxisa lehet.

A felfedezésben kételkedők egyik kifogása, hogy van Dokkumék mindössze tíz gömbhalmaz tíz adatpontján végeztek statisztikai elemzést, ami az alacsony mintaelemszám miatt óhatatlanul nagy bizonytalanságot hordoz magában. Tovább bonyolítja a helyzetet, hogy az egyedi adatpontok mérési hibája a kimutatott sebességdiszperzió nagyságrendjébe esik, így a keresett sebességeloszlás-függvény statisztikai megállapítása nem egyszerű. Ráadásul a tízből egy mérési pontot, mint kilógó adatot van Dokkum és munkatársai ki is zártak, holott ha azt is tekintetbe veszik, akkor háromszor nagyobb sebességdiszperzió adódott volna. Egy ilyen mérési eredmény pedig már nem utalna a sötét anyag teljes hiányára. Van Dokkumék feltételezték továbbá, hogy a gömbhalmazok alrendszere relaxált és izotrop, azaz a tagok egyensúlyi dinamikai állapotban, teljesen véletlenszerű irányokban mozognak. Ám ha az NGC 1052-DF2 valóban az NGC 1052 kísérőgalaxisa, akkor az időnként feltehetőleg bekövetkező szoros megközelítések során a központi galaxis árapály-hatása eltorzíthatja a törpegalaxis gömbhalmazainak mozgását. Ennek a relaxációjához, az egyensúlyi állapot újbóli beállásához pedig hosszú időre lehet szükség.

A tíz megfigyelt gömbhalmaz relatív radiális sebességének eloszlása. A legalsó mintaelemet kiugró adatpontként van Dokkumék kizárták az analízisből, ezt pedig sokan kritizálják. Forrás: van Dokkum et al.

További kifogás, hogy még az sem bizonyos, hogy mind a kilenc tekintetbe vett gömbhalmaz valóban az NGC 1052-DF2 törpegalaxishoz tartozik. Az ilyen kis tömegű törpegalaxisoknak jellemzően nincs jelentős gömbhalmaz-alrendszerük. Az NGC 1052-DF2 ebből a szempontból is különleges, amint azt van Dokkum és munkatársai is elismerik: ezerszer több gömbhalmaz van körülötte, mint várnánk. Ráadásul ezeknek a gömbhalmazoknak a luminozitás-eloszlása is eltér az összes többi galaxisra érvényes, univerzálisnak tekintett eloszlástól. Ha tehát a sötét anyag hiányára következtető tanulmány feltételezései helytállóak, vagyis a tíz gömbhalmaz közül kilenc valóban az NGC 1052-DF2-höz tartozik, és ezek relaxált dinamikai rendszert alkotva a gravitációs tér jó nyomjelzői, akkor ez a csillaghalmaz legalább három szempontból különleges: nagyságrendekkel több a gömbhalmaza, mint várnánk; azok fényességeloszlása is eltér az eddig univerzálisnak gondolt eloszlástól, ami így nem is volna univerzális; és nincs benne sötét anyag. A szkeptikusok szerint ez túl sok véletlen egybeesés volna, és sokkal valószínűbbnek tűnik, hogy valamelyik előfeltevés hibás.

Közhely, de most különösen igaz, hogy a kérdés meggyőző lezárásához további, részletesebb és pontosabb megfigyelésekre lesz szükség. A csillagászok reményei szerint ebben segíteni fog a hamarosan munkába álló, új generációs James Webb-űrtávcső.

Van Dokkum nem bánja, hogy ilyen heves vita bontakozott ki a munkájuk nyomán. Rámutat, hogy ez a tudomány előrehaladásának normális menete; a kutatók igyekeznek egymás eredményét reprodukálni, illetve kimutatni egymás esetleges hibáit, tévedéseit. A történet folyamatosan változik, a vita és az újabb bizonyítékok pedig közelebb visznek bennünket a legvégső célunkhoz, a valóság pontosabb megismeréséhez.

Források:
Nicolas F. Martin et al., „Current velocity data on dwarf galaxy NGC1052-DF2 do not constrain it to lack dark matter”, ApJ Letters, 2018. május 14.
Riccardo Scarpa et al., „Reply to the claim by van Dokkum et al. for a galaxy not containing dark matter”, astro-ph, 2018. május 13.
gizmodo.com

Hozzászólás

hozzászólás