Astronomowie stworzyli nową metodę pomiaru ilości ciemnej materii w maleńkiej galaktyce karłowatej.
Ciemna materia stanowi większość masy Wszechświata, jednak wciąż pozostaje nieuchwytna. W zależności od właściwości może być gęsto skupiona w centrach galaktyk lub rozmieszczona na większych obszarach. 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, czyli galaktyk karłowatych. Najmniejsze z nich liczą zaledwie kilka czy kilkadziesiąt tysięcy gwiazd – tak zwanych „ultrasłabych” karłów. Takie maleńkie galaktyki, krążące blisko Drogi Mlecznej, składają się prawie wyłącznie z ciemnej materii. Gdyby można było określić rozmieszczenie ciemnej materii w tych maleńkich galaktykach, dostarczyłoby to nowych, ekscytujących informacji na temat jej natury. Ponieważ galaktyki takie są całkowicie pozbawione gazu i zawierają bardzo niewiele gwiazd, do niedawna nie było realnych metody dokonywania takich pomiarów.
W badaniu opublikowanym w „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” (MNRAS) zespół naukowców opisał 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 rozpraszają się, co powoduje ich powolną ekspansję. Zespół naukowców dokonał kluczowego odkrycia, gdy astronomowie zdali sobie sprawę, że tempo rozszerzania się 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 tę metodę do niedawno odkrytej ultrasłabej galaktyki karłowatej Erydan II znajdując o wiele mniej ciemnej materii, niż przewidywało to wiele modeli.
Profesor Justin Read, współautorka badania. mówi: Trudno będzie 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
