Nowe badania dostarczyły obserwacyjnych dowodów na to, że ewolucja i właściwości galaktyk są uwarunkowane nie tylko masą zawartych w nich gwiazd, ale także wpływem otaczających je halo ciemnej materii.
Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy.
Ciemna materia stanowi 85% całej materii we Wszechświecie. Podczas gdy zwykła materia pochłania, odbija i emituje światło, ciemnej materii nie można zobaczyć bezpośrednio, co utrudnia jej wykrycie. O jej istnieniu wnioskuje się na podstawie jej wpływu grawitacyjnego na materię widzialną, materiał tworzący gwiazdy, planety i inne obiekty w kosmosie.
Galaktyki składają się z tych dwóch rodzajów materii. Ciemna materia jest rozproszona w halo, które są ogromnymi strukturami otaczającymi galaktyki, podczas gdy zwykła materia jest obecna głównie w centralnych regionach, gdzie znajduje się większość gwiazd.
Tradycyjnie badania dotyczące ewolucji galaktyk skupiały się na roli zwykłej materii, pomimo że stanowi ona jedynie niewielki ułamek masy galaktyki. Od długiego czasu istnieją teoretyczne przewidywania dotyczące wpływu ciemnej materii na ewolucję galaktyk. Jednak mimo licznych wysiłków, nie ma jasnego konsensusu w tej kwestii.
Badania przeprowadzone przez zespół z IAC po raz pierwszy potwierdziły wpływ ciemnej materii na ewolucję galaktyk na podstawie obserwacji. Ciemna materia ma wyraźny wpływ na galaktyki, co możemy zmierzyć, ale wpływ na ich ewolucję, który odkryliśmy, to coś, co zostało zaproponowane, chociaż nie mieliśmy wcześniej techniki umożliwiającej przeprowadzenie obserwacji – powiedziała Laura Scholz Díaz, badaczka przed doktoratem w IAC i pierwsza autorka artykułu.
Aby zbadać wpływ ciemnej materii, zespół skoncentrował się na różnicy między masą gwiazd w galaktyce a masą, którą można wywnioskować z jej rotacji, zwaną całkowitą masą dynamiczną. Badania wykazały, że wiek, zawartość metali, morfologia, moment pędu i tempo powstawania gwiazd zależą nie tylko od masy tych gwiazd, ale także od całkowitej masy, a to oznacza uwzględnienie składnika ciemnej materii, który pasuje do szacunków masy halo.
Zauważyliśmy, że w galaktykach o równych masach gwiazd ich populacje zachowują się inaczej w zależności od tego, czy halo zawiera więcej czy mniej ciemnej materii, innymi słowy ewolucja galaktyki, od jej powstania do chwili obecnej, jest modyfikowana przez halo, w którym się znajduje. Jeżeli ma bardziej lub mniej masywne halo, ewolucja galaktyki w czasie będzie inna, co znajdzie odzwierciedlenie we właściwościach gwiazd, które zawiera – powiedział Ignacio Martín Navarro, badacz IAC, który jest współautorem artykułu.
W przyszłości zespół planuje wykonać pomiary populacji gwiazd w różnych odległościach od centrum galaktyki i wykazać, czy ta zależność właściwości gwiazd od halo ciemnej materii utrzymuje się na wszystkich promieniach. Kolejny etap badań pozwoli na zbadanie związku między halo ciemnej materii a wielkoskalową strukturą Wszechświata.
Te halo ciemnej materii nie są tworzone samodzielnie – są one połączone włóknami, które tworzą część wielkoskalowej struktury, zwanej Kosmiczną Ścianą – powiedziała Scholz. Masa halo wydaje się modyfikować właściwości jego galaktyki, ale może to być wynikiem pozycji zajmowanej przez każde halo w kosmicznej sieci. W nadchodzących latach chcemy zobaczyć efekt tej wielkoskalowej struktury w kontekście, który badamy – dodała.
Badanie to opiera się na 260 galaktykach CALIFA (Calar Alto Legacy Integral Field Area), międzynarodowego projektu, w którym IAC aktywnie uczestniczy pod kierownictwem Jesúsa Falcóna Barroso, innego współautora artykułu. Badanie to dostarcza informacji spektralnych i zapewnia bezprecedensowe pokrycie przestrzenne galaktyk – powiedział. Galaktyki te były obserwowane w konfiguracji o wysokiej rozdzielczości, aby uzyskać szczegółowe pomiary ich właściwości kinematycznych, co pozwoliło nam bardzo dokładnie zbadać ruch tych gwiazd, a tym samym wywnioskować całkowitą masę galaktyk.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Astronomers observe the effect of dark matter on the evolution of the galaxies
- Baryonic properties of nearby galaxies across the stellar-to-total dynamical mass relation
Źródło: IAC
Na ilustracji: Zdjęcie galaktyki pokazujące po lewej stronie jej składnik gwiezdny, a po prawej (w negatywie) ciemną materię obecną w jej halo. Źródło: Gabriel Pérez, SMM (IAC)/Zespół EAGLE
