Tzw. ciemna materia to tajemniczy składnik Wszechświata, którego jest dużo więcej niż zwykłe materii. Nie wiadomo, czym jest, ale jej istnienie jest dominującym wytłumaczeniem obserwowanych własności rotacji galaktyk i ruchu galaktyk w gromadach.

Komputerowe symulacje sugerują, że ciemna materia powinna skupiać się w centrach galaktyk (tzw. „density crusp”, czyli szczyt gęstości). Jednak obserwacje teleskopami wskazują, że w wielu galaktykach jest bardziej równomiernie rozproszona. Ta różnica pomiędzy modelami teoretycznymi a obserwacjami nurtuje astronomów.

Aby lepiej przyjrzeć się tej kwestii, zespół naukowców przeprowadził analizę ruchów gwiazd w galaktyce karłowatej Draco (w gwiazdozbiorze Smoka). To jedna z galaktyk satelitarnych Drogi Mlecznej, znajdująca się niemal 250 tysięcy lat świetlnych od nas. Wybrano ją do badań, bowiem galaktyki karłowate mają wyższe proporcje ciemnej materii w stosunku do materii zwykłej niż inne rodzaje galaktyk. Na podstawie danych obserwacyjnych, rozciągniętych na 18 lat, opracowano najdokładniejszy trójwymiarowy model ruchów gwiazd w tej galaktyce.

Ciemna materia jest niewidoczna bezpośrednio dla teleskopów. O jej istnieniu wiemy tylko na skutek oddziaływań grawitacyjnych ze zwykłą materią. Można się tego dowiedzieć, analizując ruch gwiazd i uwzględniając oddziaływania na nie od znanych elementów galaktyki.

Aby zmierzyć ruch gwiazdy, można wykorzystać efekt Dopplera, czyli zmiany długości fali świetlnej na skutek ruchu obiektu. To daje jednak tylko jedną składową ruchu – w linii pomiędzy nami a gwiazdą wiemy, czy oddala się od nas, czy też zbliża. Dla uzyskania trójwymiarowego obrazu potrzebny jest dodatkowo pomiar drugiej składowej, czyli jak gwiazda zmienia położenie na niebie. Te pomiary są dużo trudniejsze i wymagają czasu: mierzy się pozycję gwiazdy w danej chwili, a potem ponownie za jakiś czas. Im dłużej w latach, tym dokładniejszy pomiar przesunięcia gwiazdy po niebie uzyskamy. W swoich badaniach naukowcy mierzyli takie przesunięcia od 2004 do 2022 roku na podstawie archiwum danych Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Uzyskana precyzja pomiaru odpowiada zmierzeniu z Ziemi w ciągu roku przesunięcia o rozmiarach piłeczki golfowej na powierzchni Księżyca.

Mając w ten sposób dane trójwymiarowe, można było ograniczyć liczbę założeń przyjmowanych przy modelowaniu. Pierwszym autorem publikacji jest Eduardo Vitral ze Space Telescope Science Institute (STScI) w Baltimore (USA). Naukowiec wskazuje, że model uzyskany dla galaktyki Draco lepiej zgadza się ze strukturą ciemnej materii bardziej skupioną w centrum, czyli tak, jak przewidują modele kosmologiczne. Oczywiście nie wyklucza to, że w innych galaktykach może istnieć bardziej równomierny rozkład ciemnej materii.

Wyniki badań przyjęto dodruku w czasopiśmie „The Astrophysical Journal”. (PAP)

cza/ zan/