Csillagászok első alkalommal figyeltek meg sötét anyagot nem tartalmazó galaxist. Eredete tisztázatlan, és léte önmagában is ellentmond a jelenlegi galaxisfejlődési modelljeinknek.
A sötét anyag a legfontosabb, de mégis legkevésbé ismert építőeleme az Univerzumnak. Ez a csak gravitációsan kölcsönható anyagtípus adja a Világegyetem tömegének 85%-át, és jelenlegi ismereteink szerint a sűrűsödéseinek mentén alakulnak ki a (látható anyagot is tartalmazó) galaxisok. Ennek a képnek mond ellent az NGC 1052-DF2 (röviden DF2), amely a vizsgálatok szerint nem, vagy csak elhanyagolható mértékben tartalmaz sötét anyagot.
„Úgy gondoltuk, minden galaxis tartalmaz sötét anyagot, sőt, a galaxisok kialakulásának alapja is maga a sötét anyag.” – nyilatkozta Pieter van Dokkum, a nemrégiben megjelent tanulmány első szerzője, a Yale Egyetem csillagásza. „Ez a láthatatlan anyagtípus alkotja bármely galaxis tömegének a zömét. A DF2 megkérdőjelezi a galaxisok működéséről alkotott hagyományos elméleteinket, és rámutat arra, hogy a sötét anyag valós, a galaxisokat alkotó egyéb komponensektől (azaz a látható, barionikus1 anyagtól) függetlenül is létezik.”
A galaxis akkor került a kutatók látószögébe, amikor észrevették a Dragonfly Telephoto Array és az Sloan Digital Sky Survey (SDSS) által készített képek közötti különbségeket. A Dragonfly felvételein egy halvány diffúz foltnak tűnik, míg az SDSS képein apró szeparált pontforrások képében tűnik fel.
A tanulmányozására a Hubble-űrtávcső (HST) Advanced Camera for Survey műszerét és az egyik Keck-teleszkópot használták (utóbbit spektroszkópia céljából). A HST felvételein még jobban megfigyelhető, hogy a galaxis ténylegesen mennyire diffúz. Van Dokkum szavaival „egy óriási paca, ami annyira ritka, hogy keresztüllátsz rajta. Látod a mögötte lévő galaxisokat is, szó szerint egy átlátszó galaxis”. A HST mérésekből meg tudták határozni, hogy kb. 65 millió fényévre található tőlünk. Annak ellenére, hogy méretében kb. akkora mint a Tejút, 200-szor kevesebb csillagot tartalmaz.
Tíz darab gömbhalmazt sikerült azonosítani a DF2 körül, melyekre a galaxisuk körüli keringési sebességüket is meg tudták határozni a Keck-teleszkóp spektroszkópiai méréseiből. Kiderült, hogy csak harmadakkora sebességgel keringenek, mint tipikus esetben tennék egy (a sötét anyag megléte miatt jóval nagyobb tömegű) galaxis körül. Ezt követően kiszámították a galaxis tömegét, mely alapján arra jutottak, hogy azt szinte kizárólagosan csak a látható anyaga adja. „Ha van is sötét anyag, az elhanyagolható mennyiségű. A DF2-t alkotó csillagok kiteszik a számított tömeget, úgy tűnik egyszerűen nincs hely a galaxisban a sötét anyag számára.”
A különös ebben, hogy semmilyen elmélet nem jelezte előre az ilyen galaxisok létezését, sőt, a kialakulási mechanizmusa is teljesen ismeretlen számunkra. Ennek ellenére a kutatóknak van több hipotézisük a keletkezésre vonatkozóan.
Egyik lehetőség, hogy egy galaxisütközések során létrejött árapály-galaxist (vagy annak maradékát) látunk. Az ilyen ütközések során nagy mennyiségű (akár a sötét anyagnál is számottevőbb) barionikus anyag dobódhat ki, ami később összeállhatott az általunk látott struktúrává. Azonban a DF2 fémtartalma jóval alacsonyabb egy ilyen folyamat során elvárttól2.
Második opció szerint egy közeli kvazár fújhatott ki (fémszegény) csillagközi anyagot egy másik galaxisból. Ez magyarázatot adhatna a DF2 fémszegény voltára, azonban a galaxis túlságosan diffúz/szétterült ehhez az elképzeléshez.
A harmadik elmélet szerint az NGC 1052-DF2 akkor alakulhatott ki, amikor maga az NGC 1052 formálódott. A galaxisfejlődési modellek szerint a sötét anyag sűrűsödései mentén akkumulálódik a barionikus anyag is. Ennek hatására létrejött az óriási méretű NGC 1052, közepén egy szupernagy tömegű fekete lyukkal. A fekete lyuk az akkréciója miatt erős poláris kiáramlásokat (azaz jeteket) fejlesztett, ami aztán egy lökéshullámot keltve a kitüntetett irányokban meggátolta a körülötte még meglévő barionikus anyag további behullását. Mivel a sötét anyag nem hatott kölcsön a jet anyagkiáramlásával, folytathatta a behullást, viszont az ott lévő barionikus anyagnak ez fizikai akadályt jelentett, úgyszólván lecsatolódott a sötét anyagról, és „ott maradt magának”. Ebből jöhetett később létre a DF2.
Bárhogyan alakult ki, van Dokkum csoportja demonstrálta, hogy a sötét anyag valóban egy fizikailag létező építőkockája az Univerzumnak, amely elkülöníthető a látható, barionikus anyagtól. Ez a sötét anyagra vonatkozó alternatív elméleteknek is cáfolatául szolgálhat a jövőben.
Egy ilyen elmélet szerint (módosított newtoni dinamika – MOND) a sötét anyag valójában nem is létezik, pusztán a Newton-féle dinamikán kell egy picit módosítanunk. Ha ezt elfogadjuk, akkor valójában nem is extra, láthatatlan tömeget detektálunk az összes létező galaxisban, hanem egy olyan paraméternek a hatását, ami rövid hatósugáron elhanyagolható, csak galaktikus skálán jelentős, földi körülmények között pedig nem kimutatható.
Ha minden igaz, a DF2 maga még nem hallott erről az elméletről, de biztos ami biztos, erősen lecsökkentette a MOND-esélyeket.
Forrás: astronomy.com
Szakcikk: nature.com
Jegyzetek:
[1] Látható anyag: a látható, mérhető, kölcsönható anyag. Hadronok, leptonok és az Univerzumot kitöltő sugárzások.
[2] A galaxisütközések során az összeütköző csillagközi felhőkben heves csillagkeletkezés indul be, ami sok, nagy tömegű, rövid ideig létező csillagot hoz létre. Ezek a csillagok szupernóva-robbanásként fejezik be életüket, aminek következtében a körülöttük lévő csillagközi anyag fémtartalmát megnövelik. Emiatt fémgazdagabb csillagokat kellene észlelnünk a DF2-ben.