Nová pozorování naznačují, že v nejvýznamnějším období vzniku galaxií – před deseti miliardami let – byly hmotné galaxie s aktivními procesy formování hvězd dominantně tvořeny běžnou (baryonovou) hmotou. To je však v příkrém kontrastu se současnými galaxiemi, u kterých pozorujeme mnohem významnější vliv záhadné temné hmoty.

K tomuto překvapivému výsledku astronomové dospěli na základě pozorování provedených pomocí dalekohledu ESO/VLT. Z výsledků vyplývá, že temná hmota hrála v raném vesmíru méně zásadní úlohu, než dnes. Výzkum byl prezentován ve čtveřici samostatných článků, jeden z nich byl publikován tento týden v prestižním vědeckém časopise Nature.

Běžnou hmotu pozorujeme v podobě jasně svítících hvězd, zářícího plynu a oblaků prachu. Ale nepolapitelná temná hmota (dark matter) nevyzařuje, nepohlcuje ani neodráží elektromagnetické záření. Na její existenci pouze usuzujeme na základě jejího gravitačního působení. Přítomností temné hmoty je možné vysvětlit například rychlost rotace vnějších částí spirálních galaxií (spiral galaxies), která je vyšší, než by odpovídalo pozorovanému rozložení běžné hmoty.

MOHLO BY VÁS ZAJÍMAT:   Deset kosmických sond zaregistrovalo průlet CME Sluneční soustavou

Reinhard Genzel (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Německo) a mezinárodní tým jeho spolupracovníků využili přístroje KMOS a SINFONI pracující ve spojení s dalekohledem ESO/VLT (Very Large Telescope) k měření rotace šesti hmotných galaxií s probíhající hvězdotvorbou ve vzdáleném vesmíru (ve vrcholném období formování galaxií před 10 miliardami let).

To, co objevili, bylo nečekané: na rozdíl od spirálních galaxií v současném vesmíru rotují vnější okraje těchto vzdálených galaxií pomaleji, než oblasti blíže středu, což by mohlo naznačovat, že je v nich přítomno méně temné hmoty, než se očekávalo.

Rychlost otáčení překvapivě není konstantní, ale u těchto galaxií klesá se vzdáleností od středu,“ říká Reinhard Genzel, hlavní autor článku v časopise Nature. A jsou pro to pravděpodobně dvě příčiny. Jednak je většina těchto mladých galaxií dominantně tvořena běžnou hmotou a temná hmota zde tím pádem hraje mnohem méně zásadní úlohu, než v současnosti. A za druhé, tyto mladé diskové galaxie byly mnohem bouřlivějším prostředím, než spirální galaxie, které pozorujeme dnes v našem kosmickém okolí.“

Oba efekty se zdají být tím nápadnější, čím hlouběji se astronomové dívají do minulosti raného vesmíru. Zdá se tedy, že v období asi 3 až 4 miliardy let po velkém třesku (Big Bang) již došlo k dostatečnému zhuštění plynu do podoby plochého rotujícího disku, zatímco okolní halo temné hmoty bylo mnohem větší a více rozptýlené.

Temné hmotě tedy zřejmě zhuštění trvalo o miliardy let déle, proto je její dominantní efekt na rotační křivky galaxií pozorovatelný až v současnosti. Toto vysvětlení je ve shodě s dalšími pozorováními, která ukazují, že mladé galaxie byly mnohem více bohaté na plyn a kompaktnější, než ty současné.

Šestice galaxií zkoumaných v této studii byla součástí rozsáhlejšího vzorku asi stovky vzdálených diskových galaxií s probíhajícím formováním hvězd, které byly zkoumány pomocí přístrojů KMOS a SINFONI ve spojení s dalekohledem ESO/VLT (Very Large Telescope) pracujícím na observatoři Paranal v Chile.

Jako doplněk k měření jednotlivých galaxií, popsanému výše, byla na základě slabého signálu ostatních sledovaných galaxií spočtena také průměrná rotační křivka. Ta ukázala stejný profil poklesu rychlosti rotace směrem od centra. Další dvojice studií, postavená na pozorování 240 disků s probíhající hvězdotvorbou, tyto závěry rovněž podporuje.

Detailní modelování ukazuje, že zatímco běžná hmota tvoří v průměru asi polovinu hmotnosti galaxií, v případě galaxií s vysokým rudým posuvem naprosto dominantně určuje jejich dynamiku.

Zdroj: Vědecká tisková zpráva ESO, foto: ESO, video: ESO