2017.03.21. - A ga­la­xis­ke­let­ke­zés csúcs­pont­ján ke­vés­bé do­mi­nált a sö­tét anyag

Az ESO VLT táv­cső­együt­te­sé­vel vég­zett új meg­fi­gye­lé­sek sze­rint kb. 10 mil­li­árd év­vel ez­előtt, a ga­la­xis­ke­let­ke­zés csúcs­pont­ján a nagy csil­lag­on­tó spi­rá­li­sok ko­rong­ja­i­ban a lo­ká­li­san jel­lem­ző­nél ke­ve­sebb sö­tét anyag volt.

Kö­zön­sé­ges vagy bar­io­nos anyag­nak ne­vez­zük az uni­ver­zum ma­gá­ról elekt­ro­mág­ne­ses su­gár­zás for­má­já­ban hírt adó, a vi­lá­gí­tó por- és gáz­kö­dö­ket, a csil­la­go­kat, boly­gó­kat és min­den egyéb, köz­vet­le­nül meg­fi­gyel­he­tő ob­jek­tu­mot al­ko­tó anya­gát. A jó­val ti­tok­za­to­sabb sö­tét anyag ilyen mó­don nem fe­di fel ma­gát, nem bo­csát ki, nem nyel el, és nem ver vissza su­gár­zást, lé­té­ről csak gra­vi­tá­ci­ós ha­tá­sa ta­nús­ko­dik. A sö­tét anyag­gal ma­gya­ráz­ha­tó, hogy a kö­ze­li spi­rál­ga­la­xi­sok kül­ső ré­szei mi­ért fo­rog­nak sok­kal gyor­sab­ban an­nál, mint amit ak­kor vár­hat­nánk, ha csak kö­zön­sé­ges, köz­vet­le­nül is lát­ha­tó anyag­ból áll­ná­nak. A spi­rál­ga­la­xi­sok ko­rong­ja­i­nak ro­tá­ci­ós pe­ri­ó­du­sa több száz mil­lió év. Mag­juk­ban na­gyon ma­gas a csil­lag­kon­cent­rá­ció, ki­fe­lé ha­lad­va azon­ban csök­ken a vi­lá­gí­tó anyag sű­rű­sé­ge. Ha egy ga­la­xis pusz­tán kö­zön­sé­ges anyag­ból áll­na, ak­kor a rit­kább kül­ső ré­gi­ók­nak sok­kal las­sab­ban kel­le­ne fo­rog­ni­uk, mint a cent­rum kö­rü­li sű­rű te­rü­le­tek­nek. A lo­ká­lis uni­ver­zum spi­rál­ga­la­xi­sa­i­nak az el­múlt 6-7 év­ti­zed so­rán vég­zett meg­fi­gye­lé­se­i­ből azon­ban ki­de­rült, hogy azok bel­ső és kül­ső ré­gi­ói kö­zel azo­nos se­bes­ség­gel fo­rog­nak a kö­zép­pont kö­rül. A "la­pos ro­tá­ci­ós gör­be" an­nak a je­le, hogy a spi­rál­ga­la­xi­sok ko­rong­ját olyan ha­ló öve­zi, amely nagy mennyi­ség­ben tar­tal­maz sö­tét anya­got, az­az olyan szubsz­tan­ci­át, amely nem bo­csát ki elekt­ro­mág­ne­ses su­gár­zást.

A Re­in­hard Gen­zel (Max Planck Ins­ti­tu­te for Ext­ra­ter­rest­ri­al Phy­sics) ál­tal ve­ze­tett nem­zet­kö­zi ku­ta­tó­cso­port az ESO VLT táv­cső­együt­te­sé­nek KMOS és SIN­FO­NI mű­sze­re­i­vel a KMOS3D és SINS/zC-SINF ég­bolt­fel­mé­ré­sek ke­re­té­ben nyert ada­tok alap­ján a tá­vo­li, 10 mil­li­árd év­vel ez­előt­ti uni­ver­zum hat nagy tö­me­gű, csil­lag­on­tó ga­la­xi­sá­nak ro­tá­ci­ós gör­bé­jét ha­tá­roz­ta meg. A két fel­mé­rés az el­ső olyan át­fo­gó vizs­gá­lat, amely­nek so­rán nagy szá­mú, z ~ 0,6 és z ~ 2,6 kö­zöt­ti vö­rös­el­to­ló­dá­sú ga­la­xis di­na­mi­kai vi­sel­ke­dé­sét ta­nul­má­nyoz­ták.

Gen­zel és mun­ka­tár­sai meg­le­pe­té­sük­re azt ta­lál­ták, hogy a mai uni­ver­zum spi­rá­li­sa­i­val el­len­tét­ben a tá­vo­li ga­la­xi­sok kül­ső ré­gi­ói sok­kal las­sab­ban ro­tál­nak, mint a mag­hoz kö­ze­li te­rü­le­te­ik, ez pe­dig azt sej­te­ti, hogy ben­nük a várt­nál ke­ve­sebb sö­tét anyag van. A vizs­gált ga­la­xi­sok ro­tá­ci­ós gör­béi nem la­po­sak, ha­nem a cent­rum­tól mért tá­vol­ság­gal le­csen­ge­nek, en­nek pe­dig Gen­zel sze­rint va­ló­szí­nű­leg két oka le­het. Az egyik az, hogy a ko­rai, nagy tö­me­gű ga­la­xi­sok­ban tény­leg a kö­zön­sé­ges anyag do­mi­nált, és a sö­tét anyag sok­kal ki­sebb sze­re­pet ját­szott, mint a lo­ká­lis uni­ver­zum­ban. A má­sik le­he­tő­ség az, hogy a ko­rong­ja­ik jó­val tur­bu­len­seb­bek vol­tak, mint a koz­mi­kus szom­széd­sá­gunk­ban meg­fi­gyel­he­tő spi­rál­ga­la­xi­sok diszk­jei. Mind­két ha­tás egy­re erő­tel­je­sebb­nek tű­nik, aho­gyan egy­re messzebb te­kin­tünk: 3-4 mil­li­árd év­vel az ős­rob­ba­nás után a ga­la­xi­sok­ban a gáz lé­nye­gé­ben már a la­pos, for­gó ko­ron­gok­ba ren­de­ző­dött, míg a sö­tét anyag­ból ál­ló ha­lók át­me­ne­ti­leg sok­kal na­gyob­bak és ki­ter­jed­teb­bek ma­rad­tak, a sö­tét anyag­nak még több mil­li­árd év­re volt szük­sé­ge a kon­den­zá­ci­ó­hoz és a ha­son­ló struk­tú­ra el­éré­sé­hez, így a ro­tá­ci­ós gör­bék­re gya­ko­rolt ha­tá­sa csak a kö­ze­li ga­la­xi­sok­ban mu­tat­ha­tó ki. Ez a ma­gya­rá­zat az­zal a meg­fi­gye­lé­si ténnyel is össz­hang­ban áll, hogy a ko­rai ga­la­xi­sok gáz­ban sok­kal gaz­da­gab­bak és kom­pak­tab­bak vol­tak, mint a mai tár­sa­ik.

A ko­rai (jobb­ra) uni­ver­zum és nap­ja­ink (bal­ra) spi­rál­ga­la­xi­sai for­gó ko­rong­ja­i­nak se­ma­ti­kus raj­za. Az új meg­fi­gye­lé­sek sze­rint a ko­rai ga­la­xi­sok ko­rong­ja­i­ban a bí­bor szín­nel je­lölt sö­tét anyag - ki­sebb kon­cent­rá­ci­ó­ja mi­att - sok­kal ke­vés­bé volt meg­ha­tá­ro­zó. En­nek ered­mé­nye­ként a tá­vo­li ga­la­xi­sok kül­ső ré­szei sok­kal las­sab­ban fo­rog­nak, mint a kö­ze­li­ek meg­fe­le­lő ré­gi­ói. A kü­lönb­sé­get be­mu­ta­tó ani­má­ci­ók itt és itt ér­he­tők el.
[ESO/L. Calçada]

Az új ered­mény te­hát nem kér­dő­je­le­zi meg a sö­tét anyag mint az uni­ver­zum alap­ve­tő össze­te­vő­je lé­te­zé­sé­nek szük­sé­ges­sé­gét, de még a tel­jes mennyi­sé­gét sem. In­kább ar­ra utal, hogy a ko­rai uni­ver­zum ga­la­xi­sa­i­ban a sö­tét anyag más­ként osz­lott el a ga­la­xi­sok ko­rong­ja és ha­ló­ja kö­zött, mint azt a lo­ká­lis uni­ver­zum­ban lát­hat­juk.

Az egye­di ga­la­xi­sok ta­nul­má­nyo­zá­sa mel­lett a ku­ta­tók más ga­la­xi­sok gyen­gébb je­lei alap­ján egy át­la­gos ro­tá­ci­ós gör­bét is fel­vet­tek, ez szin­tén mu­tat­ja a hat nagy ga­la­xis ese­té­ben meg­fi­gyelt ro­tá­ci­ós­se­bes­ség-csök­ke­né­si tren­det, de két má­sik ta­nul­mány­ban vizs­gált 240 csil­lag­on­tó ga­la­xis ko­rong­já­nak ro­tá­ci­ós se­bes­sé­ge is ha­son­ló le­fu­tást mu­tat, alá­tá­maszt­va Gen­ze­lék ered­mé­nyét. Rész­le­tes mo­dell­szá­mí­tá­sok alap­ján a vizs­gá­la­tok vég­kö­vet­kez­te­té­se az, hogy míg a kö­zön­sé­ges anyag át­lag­ban a ga­la­xi­sok tel­jes tö­me­gé­nek jel­lem­ző­en a fe­lét ad­ja, nagy vö­rös­el­to­ló­dá­sok­nál tel­jes egé­szé­ben meg­ha­tá­roz­za a ga­la­xi­sok bel­ső di­na­mi­ká­ját.

A lo­ká­lis uni­ver­zum spi­rál­ga­la­xi­sa­i­nál a ro­tá­ci­ós gör­bék la­po­sak, je­lez­ve, hogy a ko­ron­gok­ban a sö­tét anyag meg­ha­tá­ro­zó össze­te­vő, a tá­vo­li uni­ver­zum ga­la­xi­sai ese­té­ben azon­ban a gör­bék a ma­xi­mum el­éré­se után le­csen­ge­nek, ami ar­ra utal, hogy ezek ko­rong­ja­i­ban gya­kor­la­ti­lag csak kö­zön­sé­ges anyag van.
[ESO/L. Calçada]

Az ered­mé­nye­ket rész­le­te­ző szak­cikk a Na­tu­re ma­ga­zin­ban je­lent meg.

For­rás:

• eso1709 - Sci­en­ce Re­le­a­se