Przejdź do treści

Polowanie na ciemną materię w najmniejszej galaktyce we Wszechświecie

Astronomowie stworzyli nową metodę pomiaru ilości ciemnej materii w maleńkiej galaktyce karłowatej.

Ciemna materia stanowi większość masy Wszechświata, jednak wciąż pozostaje ona nieuchwytna. W zależności od właściwości może być gęsto skupiona w centrach galaktyk lub bardziej płynnie rozmieszczona na większych skalach. Porównując rozkład materii w galaktykach w szczegółowych modelach, naukowcy mogą testować lub wykluczać różne kandydatury na ciemną materię.

Największe ograniczenia dotyczące ciemnej materii pochodzą od najmniejszych galaktyk we Wszechświecie, galaktyk karłowatych. Najmniejsze z nich składają się z zaledwie kilku tysięcy czy dziesiątek tysięcy gwiazd, tak zwanych „ultra słabych” karłów. Takie maleńkie galaktyki, krążące blisko Drogi Mlecznej, składają się prawie wyłącznie z ciemnej materii. Gdyby rozmieszczenie ciemnej materii w tych maleńkich galaktykach mogło zostać wyznaczone, dostarczyłoby to nowych, ekscytujących informacji na temat jej natury. Ponieważ są całkowicie pozbawione gazu i zawierają bardzo niewiele gwiazd, do niedawna nie było realnych metody dokonywania takich pomiarów.

W badaniu opublikowanym przez Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), zespół naukowców opracował nową metodę obliczania gęstości ciemnej materii w galaktykach karłowatych, nawet jeżeli nie zawierają one gazu i mają bardzo niewiele gwiazd. Kluczem do tej metody jest wykorzystanie jednej lub kilku gęstych gromad gwiazd krążących blisko środka takiej galaktyki.

Gromady gwiazd są grawitacyjnie związanymi skupiskami gwiazd orbitujących wewnątrz galaktyk. W przeciwieństwie do galaktyk, gromady gwiazd są tak gęste, że ich składniki grawitacyjnie się rozpraszają, co powoduje ich powolną ekspansję. Zespół naukowców dokonał kluczowego odkrycia, gdy astronomowie zdali sobie sprawę, że tempo rozszerzania zależy od rozkładu ciemnej materii w galaktyce macierzystej. Badacze wykorzystali duży zbiór symulacji komputerowych, aby pokazać, w jaki sposób struktura gromady gwiazd jest wrażliwa na to, czy ciemna materia jest gęsto upakowana w centrum galaktyki, czy bardziej płynnie rozmieszczona. Następnie zespół zastosował swoją metodę do niedawno odkrytej ultra słabej galaktyki karłowatej, Erydan II, znajdując o wiele mniej ciemnej materii, niż przewidywało by to wiele modeli. 

Prof. Justin Read, współautorka badania mówi: „Trudno nam zrozumieć wyniki dotyczące Erydan II jeżeli ciemna materia zawiera słabo oddziałującą „zimną” cząsteczkę – obecnie preferowany model ciemnej materii. Jedna z możliwości jest taka, że ciemna materia w samym centrum Erydana II została „podgrzana” przez gwałtowne formowanie się gwiazd, jak to sugerują niektóre z ostatnich modeli numerycznych. Bardziej kusząca jest jednak możliwość, że ciemna materia jest bardziej złożona, niż przypuszczaliśmy do tej pory.”

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Hunting for dark matter in the smallest galaxies in the Universe 

Źródło: Uniwersytet Surrey