2012.04.24. - Kemény balhorog a sötét anyag elméletének?

A Nap körüli 13 ezer fényév sugarú térrész mintegy négyszáz csillagának mozgását vizsgáló felmérés eredményeként nem találtak bizonyítékot arra, hogy az ún. sötét anyag jelen lenne ebben a térfogatban.

A széles körben elfogadott elmélet szerint az Univerzum anyagának csak töredéke a "normál", elektromágneses sugárzást kibocsátó anyag, ennél sokkal nagyobb arányban tartalmaz önmagáról csak a gravitációs hatása alapján hírt adó ún. sötét anyagot, ráadásul még ennél is több ún. sötét energiát. Többek között a chilei La Silla csúcson üzemelő 2,2 méteres MPG/ESO teleszkóppal végzett, a Nap 13 ezer fényév sugarú környezetének több, mint 400 csillagára kiterjedő felmérés eredménye szerint azonban ezen csillagok mozgása alapján az adott térfogatra kiszámolt össztömeg értéke egyáltalán nem támasztja alá a misztikus sötét anyag létét. A vizsgálatot végző csoport vezetője, Christian Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile) szerint a származtatott tömegérték nagyon jól egyezik a látható anyag tömegével, a sötét anyag gravitációs hatása pedig egyáltalán nem látszik, holott a számítások szerint a mérésekben világosan jelentkeznie kellene.

A sötét anyag létének szükségessége azért merült fel, mert a megfigyelések szerint a galaxisok - beleértve a Tejútrendszert is - külső részei sokkal gyorsabban forognak, mint ahogyan az a látható tömegük alapján várható lenne. Ráadásul mára a sötét anyag a galaxisok kialakulását és evolúcióját taglaló elméleteknek is fontos elemévé vált. A széles körben elfogadott magyarázat szerint az Univerzum anyagának csak 17%-a látható, azaz bocsát ki elektromágneses sugárzást, a maradék 83% az ún. sötét anyag, ami csak a gravitációs hatása alapján detektálható. (Az elképzelések szerint ennél sokkal több sötét energia is jelen van a Világegyetemben, de erről azt gondolják, hogy nem befolyásolja a Tejútrendszer csillagainak mozgását.) Eddig minden olyan földi laboratóriumi kísérlet sikertelennek bizonyult, ami ezen titokzatos szubsztancia "részecskéinek" detektálására irányult.

Fantáziarajz a Tejútrendszerünkről. A kék színű haló a sötét anyag várt eloszlását jelzi a Galaxis körül. A gömb alakú kék háló azt a térfogatot mutatja, amelybe a felmérés során vizsgált csillagok esnek. Az eredmények szerint itt a vártnál sokkal kevesebb sötét anyag van, ha van egyáltalán.
[ESO/L. Calçada]

A kutatók a 2,2 méteres MPG/ESO teleszkópon működő FEROS spektrográffal, az 1,2 méteres svájci Leonhard Euler teleszkópon üzemelő Coralie spektrográffal és Magellan II teleszkóp MIKE műszerével több, mint 400 vörös óriás színképét rögzítették, melyek galaktikus fősíktól mért távolsága széles tartományt ölel fel. A spektrumok alapján következtetni lehet a csillagok mozgására, ez alapján pedig meghatározható, hogy ezt mekkora tömeg okozza, függetlenül attól, hogy látható vagy sötét anyagról van-e szó. A galaxisok kialakulását és fejlődését tárgyaló modellek szerint a Tejútrendszert egy sötét anyagból álló haló (burok) veszi körül. Ennek pontos alakjáról nem rendelkezünk ugyan információval, de a várakozás szerint a Nap környezetében jelentős mennyiségű - 0,4-1,0 kg egy földméretű térfogatban - sötét anyagnak kell lennie, az új felmérés eredménye szerint azonban ennek nincs nyoma, a becsült maximális érték mindössze 0,00±0,07 kg. A haló nagyon elnyúlt alakja esetleg magyarázhatná, hogy a környezetünkbe éppen nem esik sötét anyag, de egy ilyen geometria nagyon valószínűtlen. Az új eredmény azt is előrejelzi, hogy a sötét és a normál anyag részecskéi közötti nagyon ritkán bekövetkező interakciók alapján történő földi detektálás valószínűsége is nagyon csekély.

A sötét anyag létét cáfolni látszó új eredmények ellenére az azonban továbbra is tény, hogy a Tejútrendszer gyorsabban rotál, mint ahogyan azt a látható anyag tömege indokolná, azaz a hiányzó tömeg problémája továbbra is fennáll. A megoldás irányába talán a ESA Gaia missziójának eredményei alapján tehető majd meg a következő lépés.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• eso1217 - Science Release