Spin galaktycznej poprzeczki Drogi Mlecznej, która składa się z miliardów zgrupowanych gwiazd, zwolnił o około ¼ od czasu uformowania się – wynika z nowego badania przeprowadzonego przez naukowców UCL i University of Oxford.
Od 30 lat astronomowie przewidywali takie spowolnienie, ale po raz pierwszy zostało ono zmierzone.
Naukowcy twierdzą, że daje to nowy rodzaj spojrzenia w naturę ciemnej materii, która działa jak przeciwwaga spowalniająca spin.
W badaniu opublikowanym w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society naukowcy przeanalizowali obserwacje teleskopu kosmicznego Gaia dużej grupy gwiazd, strumienia Herkulesa, które są w rezonansie z poprzeczką – to znaczy, że obracają się wokół Galaktyki w tym samym tempie, jakie ma spin poprzeczki.
Gwiazdy te są grawitacyjnie uwięzione przez wirującą poprzeczkę. To samo zjawisko zachodzi w przypadku planetoid jowiszowych Trojańczycy i Grecy, które krążą wokół punktów Lagrange'a Jowisza (przed i za Jowiszem). Jeżeli spin poprzeczki spowolni się, można się spodziewać, że gwiazdy te przesuną się dalej w Galaktyce oraz utrzymają swój okres orbitalny zgodny ze spinem poprzeczki.
Naukowcy odkryli, że gwiazdy w strumieniach noszą chemiczny odcisk palca – są bogate w cięższe pierwiastki (zwane w astronomii metalami), co dowodzi, że przebyły drogę z dala od centrum galaktyki, gdzie gwiazdy i gaz gwiazdotwórczy są około 10 razy bogatsze w metale w porównaniu z zewnętrzną częścią galaktyki.
Wykorzystując te dane, zespół wywnioskował, że poprzeczka – składająca się z miliardów gwiazd i mająca masę bilionów mas Słońca – zwolniła swój spin o co najmniej 24% od czasu, gdy się uformowała.
Współautor, dr Ralph Schoenrich (UCL Mullard Space Science Laboratory) powiedział: Astrofizycy od dawna podejrzewali, że wirująca poprzeczka w centrum naszej galaktyki spowalnia, ale znaleźliśmy pierwsze dowody na to, że tak się dzieje. Przeciwwagą spowalniającą to wirowanie musi być ciemna materia. Do tej pory byliśmy w stanie wnioskować o ciemnej materii jedynie poprzez mapowanie potencjału grawitacyjnego galaktyk i odejmowanie wkładu z materii widzialnej. Nasze badania dostarczają nowego typu pomiaru ciemnej materii – nie jej energii grawitacyjnej, ale masy inercyjnej (reakcji dynamicznej), która spowalnia spin poprzeczki.
Współautor i doktorant Rimpei Chiba, z University of Oxford, powiedział: Nasze odkrycie oferuje fascynującą perspektywę dla ograniczenia natury ciemnej materii, ponieważ różne modele będą zmieniać to inercyjne przyciąganie na galaktycznej poprzeczce. Nasze odkrycie stanowi również poważny problem dla alternatywnych teorii grawitacji – ponieważ brakuje w nich ciemnej materii w halo, nie przewidują one żadnego, lub znacząco zbyt małe spowolnienie poprzeczki.
Uważa się, że Droga Mleczna, podobnie jak inne galaktyki, osadzona jest w „halo” ciemnej materii, które rozciąga się daleko poza jej widoczną krawędź.
Ciemna materia jest niewidoczna i jej natura nie jest znana, ale o jej istnieniu wnioskuje się na podstawie zachowania galaktyk, które wydają się być spowite znacznie większą masą, niż możemy dostrzec. Uważa się, że we Wszechświecie jest około pięć razy więcej ciemnej materii niż zwykłej, widocznej.
Alternatywne teorie grawitacji, takie jak zmodyfikowana dynamika newtonowska, odrzucają ideę ciemnej materii i zamiast tego starają się wyjaśnić rozbieżności poprzez poprawki w ogólnej teorii względności Einsteina.
Więcej informacji:
- Dark matter is slowing the spin of the Milky Way’s galactic bar
- Tree-ring structure of Galactic bar resonance
Źródło: UCL
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Wizja artystyczna Drogi Mlecznej. Źródło: Pablo Carlos Budassi.
