Natrafiliśmy na galaktykę, która może zmienić nasze postrzeganie Wszechświata
Zgodnie ze stanem wiedzy naukowców i obowiązującymi modelami kosmologicznymi, ciemna materia stanowi około 85 proc. masy wszechświata. Choć nie wiemy zbyt wiele o tym, czym jest i jakie właściwości ma owa materia, jesteśmy w stanie obserwować efekty jej obecności i działania.
Dzięki temu przypuszczamy, że jest ona obecna między innymi wewnątrz galaktyk. Nie we wszystkich jednak. Jak się właśnie okazało, istnieje masywna galaktyka, która wydaje się mieć niewiele lub wręcz wcale nie mieć ciemnej materii w swoim składzie.
Coś tu nie gra...
Galaktyka soczewkowata, bo o niej mowa, nosi nazwę NGC 1277 i została dostrzeżona przez zespół astronomów pracujących w obserwatorium astronomicznym na Wyspach Kanaryjskich - Instituto Astrofisica de Canarias (IAC). Pracami zespołu kierował astronom Sébastien Comerón z Uniwesytetu La Laguna na Teneryfie.
To pierwszy raz, gdy udało się zaobserwować masywną (kilka razy masywniejszą od naszej) galaktykę, która zdaje się być pozbawiona ciemnej materii. NGC 1277 jest oddalona od Drogi Mlecznej o 240 mln lat świetnych w regionie nieba, który zajmuje gwiazdozbiór Perseusza. Oprócz tego jest ona także poważnym wyzwaniem dla obowiązujących modeli opisujących działanie Wszechświata.
Zgodnie ze Standardowym Modelem Kosmologicznym, ciemna materia odgrywa fundamentalną rolę w formowaniu, ewolucji i funkcjonowaniu kosmosu. Obecnie ciemna materia jest dominującym elementem wszystkich masywnych galaktyk. Wiemy to, bo możemy zaobserwować efekty jej działania w czymś, co określa się krzywymi rotacji galaktyk, czyli po prostu w sposobie, w jaki te wielomiliardowe skupiska gwiazd wirują. Innym sposobem na „obserwację” niedającej się bezpośrednio dostrzec ciemnej materii jest badanie efektów soczewkowych, związanych z zakrzywianiem światła przez jej oddziaływanie grawitacyjne i w innych przejawach jej oddziaływania na kosmiczne otoczenie.
Tym, co zaskoczyło zespół badaczy z Teneryfy, jest fakt, że przy obserwacji tego, jak rozłożona jest masa w galaktyce NGC 1277, nie zauważono żadnych przejawów obecności ciemnej materii. Wygląda na to, że za masę całej galaktyki odpowiadają jedynie znajdujące się w niej gwiazdy. Jeśli w ogóle ciemna materia znajduje się w omawianej galaktyce, zdaje się odpowiadać za nie więcej niż 5 proc. jej masy.
Jak wyjaśnił wspomniany i zaskoczony Comerón w niedawnym komunikacie prasowym obserwatorium astronomicznego, w którym pracuje:
Wynik ten nie pasuje do obecnie akceptowanych modeli kosmologicznych, które obejmują ciemną materię. Znaczenie galaktyk reliktowych w zrozumieniu, w jaki sposób uformowały się pierwsze galaktyki, było powodem, dla którego zdecydowaliśmy się obserwować NGC 1277 za pomocą spektrografu całkowego. Na podstawie widm wykonaliśmy mapy kinematyczne, które pozwoliły nam określić rozkład masy w galaktyce w promieniu około 20 000 lat świetlnych.
Według Standardowego Modelu Kosmologicznego w galaktykach o tak dużej masie, jak NGC 1277, ciemna materia powinna stanowić przynajmniej 10 proc. i maksymalnie 70 proc. Współautorka badania profesor Anna Ferré-Mateu jest zdania, że możliwe są dwa wytłumaczenia zaobserwowanego stanu rzeczy:
Jednym z nich jest to, że oddziaływanie grawitacyjne z otaczającym ośrodkiem w gromadzie galaktyk, w której znajduje się ta galaktyka, pozbawiło ją ciemnej materii. Drugim jest to, że ciemna materia została wyparta z układu, gdy galaktyka uformowała się w wyniku połączenia fragmentów protogalaktyki, co dało początek galaktyce reliktowej.
Dla jasności - „galaktyka reliktowa" to bardzo rzadki rodzaj galaktyki, który nie oddziałuje z sąsiednimi skupiskami gwiazd. Uważa się, że takie galaktyki są pozostałościami nieistniejących już gigantycznych obiektów tego typu, które powstały we wczesnym okresie istnienia Wszechświata, tuż po Wielkim Wybuchu.
Żadne wyjaśnienie nie pasuje w pełni? Trzeba zrobić kolejne badania.
Wracając do opinii badaczki, żadne z tych wyjaśnień nie jest w pełni satysfakcjonujące. Dlatego w najbliższej przyszłości zespół planuje dokładniej przyjrzeć się zagadkowej galaktyce. Jeśli pomiary potwierdzą to, że NGC 1277 nie zawiera ciemnej materii, może to podać w poważną wątpliwość inne teorie, do których należy np. Zmodyfikowana Dynamika Newtona.
Bez względu na wynik nadchodzących badań, ciemna materia pozostanie czymś, co będzie budzić niesłabnącą ciekawość naukowców. Obecnie planowane są już misje takie jak umieszczenie nowego teleskopu kosmicznego Nancy Grace Roman na orbicie, który będzie badał ekspansję kosmosu od czasu Wielkiego Wybuchu. Obserwacje te mogą pomóc nam zrozumieć wpływ, jaki ma ciemna materia na funkcjonowanie Wszechświata w większej skali.
Być może dzięki tym przedsięwzięciom dowiemy się wreszcie, że coś takiego jak ciemna materia na pewno istnieje. W przeciwnym razie będziemy musieli przyznać, że nasze rozumienie grawitacji zawarte w Ogólnej Teorii Względności Einsteina wymaga zmian.
