Co ustawia galaktyki we wszechświecie? Naukowcy badają naturę ciemnej materii

Realizowane od lat rozległe przeglądy głębokiego nieba pozwoliły astronomom skatalogować całe miliony mniejszych i większych galaktyk znajdujących się zarówno w naszym lokalnym otoczeniu międzygalaktycznym jak i na rubieżach obserwowalnego wszechświata. Badanie ich podstawowych właściwości, takich jak kształt, rozmiary, jasność czy orientacja w przestrzeni przyniosło nam sporo informacji nie tylko o samych galaktykach, ale o wszechświecie jako całości i o jego ewolucji na przestrzeni ostatnich niemal czternastu miliardów lat. Naukowcy z Uniwersytetu Kyoto postanowili wykorzystać dane z jednego z takich przeglądów nieba i przyjrzeć się rozłożeniu ciemnej materii we wszechświecie i jej bezpośredniego wpływu na wielkoskalową strukturę wszechświata.
galaktyki
galaktyki

Na pierwszy rzut oka przyglądając się galaktykom oddalonym od siebie o dziesiątki, czy setki milionów lat świetlnych trudno podejrzewać, że ich ułożenie czy orientacja w przestrzeni mogą mieć cokolwiek ze sobą wspólnego. Weźmy np. nasze lokalne otoczenie pod uwagę.

Galaktyki w naszym bezpośrednim otoczeniu

Droga Mleczna, nasza galaktyka należy do tzw. Lokalnej Grupy Galaktyk, w której znajdują się jeszcze Galaktyka Andromedy, Galaktyka Trójkąta i kilkadziesiąt krążących wokół nich mniejszych galaktyk karłowatych. Wiadomo, że obiekty te oddziałują na siebie grawitacyjnie. Jakby nie patrzeć masywna Galaktyka Andromedy zbliża się do Drogi Mlecznej, z którą zderzy się za 4,5 miliarda lat. Znacznie mniejsza Galaktyka Trójkąta także może zderzyć się z naszą galaktyką, według niektórych nawet szybciej niż dokona tego Galaktyka Andromedy.

W tej lokalnej skali to grawitacja dominuje oddziaływania między galaktykami. Warto tu jednak zauważyć, że galaktyka to nie tylko materia barionowa, widzialna, z którą mamy do czynienia na co dzień i którą możemy badać. Galaktyki zanurzone są bowiem w znacznie większych od nich rozległych halo ciemnej materii. Owszem, do dzisiaj wciąż nie wiemy czym jest ciemna materia, z jakich cząsteczek się składa, ale jesteśmy w stanie obserwować jej wpływ grawitacyjny na materię barionową. Część badań wskazuje, że halo ciemnej materii, w którym zanurzona jest Droga Mleczna już teraz zderza się z halo Galaktyki Andromedy. Choć mówimy tutaj o skali międzygalaktycznej, to wciąż mówimy o lokalnym układzie galaktyk. Co się jednak dzieje w większej skali?

Czytaj także: Najodleglejsze galaktyki, jakie kiedykolwiek widział człowiek. James Webb przekracza granice

Międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez astronomów z Uniwersytetu w Kioto w Japonii bazując na danych z rozległych przeglądów głębokiego nieba potwierdził, że na rozkład galaktyk znajdujących się co najmniej kilkadziesiąt milionów lat świetlnych od Ziemi także wpływ ma grawitacyjne oddziaływanie ciemnej materii. Do badań wykorzystano dane o położeniu galaktyk i ich orientacji w przestrzeni, pochodzące z archiwalnych 1,2 miliona obserwacji.

galaktyki

Informacje o położeniu i orientacji galaktyk w trzech wymiarach pozwoliły na przeprowadzenie analizy statystycznej i sprawdzenie, w jakim stopniu odległe galaktyki są względem siebie ustawione.

Jak wskazują autorzy opracowania, takie ustawienie galaktyk względem siebie, które jest przede wszystkim efektem interakcji z pobliskimi obiektami (tak jak w przypadku galaktyk w otoczeniu Drogi Mlecznej), dotychczas uważane było jako szum w trakcie badań nad słabym soczewkowaniem grawitacyjnym, czyli takim, jakie obserwujemy, gdy obraz obserwowanego obiektu jest jedynie nieznacznie przesunięty i zniekształcony wskutek ugięcia promieni świetlnych na niejednorodnościach w rozkładzie materii we wszechświecie między źródłem a obserwatorem.

Kolejny test ogólnej teorii względności

Naukowcy wskazują, że wyniki analizy stanowią także kolejne potwierdzenie prawidłowości przewidywań ogólnej teorii względności w skali kosmologicznej. Tempo, w jakim rozkład galaktyk zdaje się zagęszczać pod wpływem grawitacji jest zgodne z przewidywaniami OTW. Po raz kolejny zatem udało się potwierdzić teorię opracowaną przez Alberta Einsteina.

Dane wykorzystane do analizy pochodziły z przeglądów nieba Sloan Digital Sky Survey oraz Baryon Oscillation Spectroscopic Survey. Na potrzeby badań wybrano galaktyki, które spełniały kryteria jasności i odległości od Ziemi.

Badacze przekonują, że to dopiero początek badań. Już teraz planowane są dalsze badania wpływu ciemnej materii na ułożenie i rozkład galaktyk w skali kosmologicznej. Tym razem naukowcy do potwierdzenia swoich przypuszczeń planują wykorzystać wysokiej jakości i bardzo precyzyjne dane zebrane za pomocą 8,3-metrowego Teleskopu Subaru znajdującego się w obserwatorium Mauna Kea na Hawajach.

Więcej:galaktyki