Nii nagu tiigis olevad kortsud viitavad sellele, et keegi viskas kivi, jooksis veemõõtjat või hüppas konna, määrab salapärase aine - tumeaine - olemasolu selle tohutu mõju kosmosele. Astronoomid ei saa seda vahetult jälgida, kuid tumeda aine raskusjõud määrab galaktikate tekke, kuju ja liikumise. See teeb eelmise aasta avastuse täiesti ootamatuks: kummalises hajusas galaktikas ei leitud tumedat ainet üldse. Kas sa arvad, et see on kõik? Pole tähtis, kuidas see on.
Ilma tumeaineta galaktikad
Mitmed teadlased tervitasid seda avastust. Teised on väljendanud oma kahtlusi, kritiseerides galaktika kauguste ja liikumise mõõtmist. Panused on kõrged: kui selles galaktikas on tõepoolest tumedat ainet, siis kinnitab see paradoksaalselt selle asja olemasolu.
Ja nii on algne meeskond omandanud lisatõendeid oma esialgse avastuse toetuseks. Lisaks on avastatud teine sarnaste sümptomitega galaktika. Kui vanasti oli üks tumedast ainest vaba ultraradiffuusne galaktika (esmapilgul), siis nüüd on neid kaks.
“Üks objekt saab alati ükssarvikuna maha kanda, kuid niipea, kui leiate kaks ükssarvikut, hakkate imestama ükssarvikute võimaliku olemasolu üle,” ütleb Austinis Texase ülikooli astronoom Michael Boylan-Kolchin, kes uuringuga ei tegelenud. "Ja siis hakkad mõtlema, kust nad tulid, millised on nende omadused ja kui levinud nad on."
Ükssarvikute leidmine
Reklaamvideo:
Kaks meid huvitavat galaktikat on väga nõrgad ja kaugel Maast: nende täheparvedest pärit footonid hakkasid meie planeedi poole rändama dinosauruste valitsemise viimastel päevadel, umbes 65 miljonit aastat tagasi. Esimene galaktika NGC 1052-DF2 on Linnutee suurus, kuid sisaldab 100 korda vähem tähti. Uus galaktika NGC 1052-DF4 asub taeva samas piirkonnas ja on umbes sama suuruse ja massiga.
Eelmise aasta märtsis avaldasid Yale'i ülikooli teadlaste Shani Danieli ja Peter van Dokkumi juhitud uuringu, milles hinnati NGC 1052-DF2 suurust, jälgides selle tähevalgust, aga ka seda ümbritsevate täheparvede liikumisi. Kui NGC 1052-DF2 sisaldaks nii palju tumedat ainet, kui astronoomid seda tavaliselt eeldavad, suurendaks tume aine nende tähtnähtuste orbitaalkiirust. Kuid nad liiguvad aeglaselt, mis viitab sellele, et tumedat ainet pole. Kriitikud väidavad, et nende täheklastrite kiirused olid valesti arvutatud - ja isegi kui need olid õiged, oli kõigest 10 täheparvi valim suurus liiga tagasihoidlik, et NGC 1052-DF2 tumeaine varusid usaldusväärselt kindlaks teha.
Oktoobris otsustas Danieli selle probleemiga tegeleda teistsuguse tehnika abil. Ta võttis kaasa uue instrumendi Keck Cosmic Web Imager, mis oli hiljuti paigaldatud Hacki Kecki teleskoobi hiiglasliku 10-meetrise peapeegli taha. See instrument suudab mõõta väga nõrkade objektide valgust ülikõrge eraldusvõimega, muutes selle ideaalseks selliste ultraradiffuussete galaktikate nagu NGC 1052-DF2 uurimiseks. See tööriist oli nii hea, et Danieli ei pidanud galaktika massi määramiseks enam täheparve liikumisi uurima. Selle asemel võiks ta saada massi otse, otse galaktika tähtvalgust kasutades.
Informatsiooni osas sisaldab tähevalgus seda palju. Valguse eraldades selle põhivärvideks (seda nimetatakse spektroskoopiaks) saavad teadlased määrata tähe koostise, selle vanuse, suuna kosmoses ja kiiruse. Suurem osa sellest informatsioonist edastatakse spektrijoonte kujul - tähe spektrisse manustatud lineaarsed elemendid, mis on tingitud erinevate keemiliste elementide emissioonist või neeldumisest. Kecki instrument mõõtis DF2 galaktikas umbes 10 miljoni tähe spektrit. Galaktika kiireimate ja aeglaseimate tähtede vahelise leviku suurus annab aimu, kui palju ainet nendega interakteerub. Mida rohkem on ainet - tumedat või mõnda muud -, seda suurem on tähtede kiiruse levik.
"Enda üllatuseks mõõtsime äärmiselt kitsaid spektraaljooni, mis jätavad väga vähe ruumi rohkema massi jaoks kui mass, mille tähed galaktikasse toovad," ütleb Danieli. Tumeda aine jaoks lihtsalt pole kohta.
Samal ajal on Erik Emsellem Euroopa Lõunavaatluskeskusest ja tema kolleegid Tšiili Atacama kõrbes väga suure teleskoobiga galaktikat uurimas. Samuti avastasid nad väikese kiirusega hajutatuse, mis toetab puuduva tumeaine stsenaariumi.
Prantsusmaal Strasbourgi ülikooli astronoom Nicholas Martin oli üks originaalartikli kriitikuid. Eelmisel aastal avaldatud järelmeetmete raamatus väitis ta, et DF2 galaktika massi on ümbritseva täheparve liikumiste põhjal liiga keeruline hinnata. Kuid Martin ütleb, et Danieli ja Emselli viimased tulemused on teda rahustanud.
“See on saanud võimalikuks tänu uutele instrumentidele, mis on jõudnud planeedi suurimate teleskoopide juurde. Ja kui aus olla, siis aasta tagasi polnud mulle selge, et see on teostatav. Aasta tagasi polnud ma valmis ütlema, et see süsteem on täiesti ilmtingimata kummaline, sest mulle tundus, et andmed ei toeta mõõtmisi täielikult. Kuid nüüd, kui on kaks erinevat meeskonda, kes on ise tähtede kiirusevahemikku mõõtnud, on minu arvates ilmne veidruse esinemine."
Danieli leide tutvustati Princetoni ülikoolis tumedat ainet käsitleval konverentsil ja need avaldatakse ajakirjas Astrophysical Journal Letters.
Tema uuringute põhjal võib arvata, et selliseid tumeda ainevaeste galaktikaid on terve klass.
Kadunud asja otsimisel
Mõned astronoomid ragistavad oma aju selle üle, kuidas sellised galaktikad võisid tekkida ja kuhu läks tumeaine. Boylan-Kolchini sõnul on üheks võimaluseks naaber, palju suurema galaktika gravitatsiooniline tõmme, mis on eraldatud tumedast ainest. Või DF2 ja DF4 ei pruugi üldse olla galaktikad, vaid galaktikateks maskeerunud tagasihoidlikud tähekogud; sel juhul võivad need eraldatud tähtede rühmad moodustuda mujalt põgenevate gaasijugade kokkupõrkel. Või võib olla veelgi igavamaid stsenaariume, näiteks galaktikate orientatsioon Maa suhtes, mis mõjutab negatiivselt nende liikumiste täpsete spektraalmõõtmiste saamist.
Üks on kindel: kui tõsiseid kahtlusi ei teki, näitab tumeda aine puudumine galaktikates veenvalt, et see aine on eraldatav tähtedest, gaasist, tolmust ja muust tavalisest ainest. Ja see omakorda tugevdab argumenti tumeaine olemasolu kohta.
Vaatamata aastakümnete pikkustele intensiivsetele uurimistöödele pole keegi siiani veel tumedat ainet avastanud. Tõendite puudumine on ajendanud mõnda astrofüüsikut otsima alternatiivseid viise galaktikate kujundamiseks ja nende liikumise kontrollimiseks selliste hüpoteeside tekke kaudu nagu "tekkiv gravitatsioon" ja "modifitseeritud Newtoni dünaamika". Nende hüpoteeside pooldajad väidavad, et enamus astronoome usub, et tumeaine võib olla füüsikast tulenev nähtus, millest me ei saa täielikult aru. Kuid sel juhul räägivad need kummalised galaktikad tõsiasja poolt, et alternatiivid on valed ja tume põhjus võib tõepoolest olla põhjuseks.
Ilja Khel
