Vplyv tmavej hmoty v ranom vesmíre bol menší

Nové pozorovania naznačujú, že v najvýznamnejšom období vzniku galaxií – pred desiatimi miliardami rokov – boli hmotné galaxie s aktívnymi procesmi formovania hviezd dominantne tvorené „bežnou" (t.j. baryónovou) hmotou. To je však v ostrom kontraste so súčasnými galaxiami, u ktorých pozorujeme oveľa významnejší vplyv záhadnej tmavej hmoty. K tomuto prekvapivému výsledku astronómovia dospeli na základe pozorovania vykonaných pomocou ďalekohľadu VLT (Very Large Telescope) na Cerro Paranal v Čile. Z výsledkov vyplýva, že tmavá hmota hrala v ranom vesmíre menej zásadnú úlohu, než dnes. Výskum bol prezentovaný vo štvorici samostatných článkov. Jeden z nich bol publikovaný nedávno v prestížnom vedeckom časopise Nature. Bežnú hmotu pozorujeme v podobe svietiacich hviezd, žiariaceho plynu a oblakov prachu (t.j. hmlovín). Ale nepolapiteľná tmavá hmota (angl. dark matter) nevyžaruje, nepohlcuje, ba ani neodráža elektromagnetické žiarenie. Na jej existenciu usudzujeme len na základe jej gravitačného pôsobenia. Prítomnosťou tmavej hmoty je možné vysvetliť napríklad rýchlosť rotácie vonkajších častí špirálových galaxií, ktorá je vyššia, než by zodpovedalo pozorovanému rozloženiu bežnej hmoty. Reinhard Genzel (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, SRN) a medzinárodný tím jeho spolupracovníkov využili prístroje KMOS a SINFONI pracujúce v spojení s ďalekohľadom VLT na meranie rýchlosti rotácie šiestich hmotných galaxií s prebiehajúcou hviezdotvorbou vo vzdialenom vesmíre (vo vrcholnom období formovaní galaxií pred 10 miliardami rokov). To, čo objavili, bolo nečakané: na rozdiel od špirálových galaxií v súčasnom vesmíre rotujú vonkajšie okraje týchto vzdialených galaxií pomalšie, než oblasti bližšie ku stredu, čo by mohlo naznačovať, že je v nich menej tmavej hmoty, než sa očakávalo. „Rýchlosť otáčania prekvapivo nie je konštantná, ale u týchto galaxií klesá s rastúcou vzdialenosťou od stredu," hovorí Reinhard Genzel, hlavný autor článku v časopise Nature. „A má to pravdepodobne dve príčiny. Za prvé je väčšina týchto mladých galaxií dominantne tvorená bežnou hmotou a tmavá hmota tu preto hrá oveľa menej zásadnú úlohu než v súčasnosti. A za druhé, tieto mladé diskové galaxie boli oveľa búrlivejším prostredím než špirálové galaxie, ktoré pozorujeme dnes v našom kozmickom okolí." Obidva efekty sa zdajú byť tým nápadnejšie, čím hlbšie sa pozerajú astronómovia do minulosti raného vesmíru. Zdá sa teda, že v období asi 3 až 4 miliardy rokov po Veľkom tresku už došlo k dostatočnému zhusteniu plynu do podoby plochého rotujúceho disku, zatiaľ čo okolité halo tmavej hmoty bolo oveľa väčšie a viac rozptýlené. Tmavej hmote teda zrejme zhustenie trvalo o miliardy rokov dlhšie, preto je jej dominantný efekt na rotačné krivky galaxií pozorovateľný až v súčasnosti. Toto vysvetlenie je v zhode s ďalšími pozorovaniami, ktoré ukazujú, že mladé galaxie boli oveľa bohatšie na plyn a kompaktnejšie, než tie súčasné. Šestica galaxií skúmaných v tejto štúdii bola súčasťou rozsiahlejšej vzorky asi stovky vzdialených diskových galaxií s prebiehajúcim formovaním hviezd, ktoré boli pozorované pomocou prístrojov KMOS a SINFONI v spojení s ďalekohľadom VLT. Ako doplnok k meraniu jednotlivých galaxií, popísanom vyššie, bola na základe slabého signálu ostatných sledovaných galaxií vypočítaná aj priemerná rotačná krivka. Ta ukázala rovnaký profil poklesu rýchlosti rotácie smerom od centra. Ďalšia dvojica štúdií, založená na pozorovaní 240 diskov galaxií s prebiehajúcou hviezdotvorbou, tieto závery tiež podporuje. Detailné modelovanie ukazuje, že zatiaľ čo bežná hmota tvorí priemerne asi polovicu hmotnosti galaxií, v prípade galaxií s vysokým červeným posuvom (t.j. veľmi vzdialených galaxií) úplne dominantne určuje ich dynamiku.

Publikované v časopise QUARK, jún 2017, RNDr. Zdeněk Komárek