Zwykła materia - czyli świecące gwiazdy, gaz, pył - to tylko część zawartości Wszechświata. Oprócz niej w kosmosie istnieje jeszcze tajemnicza materia, która nie świeci, a o której istnieniu wnioskujemy jedynie na podstawie efektów grawitacyjnych, jakie wywiera na zwykła materię. Ten tajemniczy składnik Wszechświata zwany jest ciemną materią.

Jednym z podstawowych argumentów za istnieniem ciemnej materii są wyniki badań rotacji galaktyk. Astronomowie zauważyli już kilkadziesiąt lat temu, że jest coś nie tak z tempem obrotu galaktyk spiralnych. W galaktyce w centrum znajduje się znaczna koncentracja gwiazd i innej jasnej materii, a gęstość spada wraz z odległością od centrum. W związku z tym rzadsze obszary na zewnątrz powinny obracać się wolniej, niż gęste rejony w centrum, a tak nie jest. Wszystkie części galaktyki rotują mniej więcej z podobną prędkością (mają „płaskie krzywe rotacji”), co sugeruje istnienie dużych ilości niewidocznej materii w halo otaczającym galaktykę.

Międzynarodowy zespół badawczy, którym kierował Reinhard Genzel z Instytutu Maxa Plancka ds. Fizyki Pozaziemskiej w Garching (Niemcy), postanowił zbadać rotację sześciu masywnych galaktyk gwiazdotwórczych znajdujących się daleko, w odległości takiej, że światło od nich potrzebuje 10 miliardów lat, aby dotrzeć do nas. 10 miliardów lat temu panował szczytowy okres formowania się galaktyk.

Badacze uzyskali nieoczekiwany wynik: okazało się, że w tych odległych galaktykach prędkości rotacji nie są stałe, a maleją wraz z odległością od środka galaktyki. Kontrastuje to z sytuacją obserwowaną w bliskich galaktykach (czyli we współczesnym stadium ewolucji Wszechświecie).

"Prawdopodobnie są ku temu dwa powody. Po pierwsze, większość tych wczesnych masywnych galaktyk jet silnie zdominowana przez zwykłą materię, z ciemną materią odgrywającą znacznie mniejszą rolę niż w Lokalnym Wszechświecie. Po drugie, wczesne dyski były znacznie bardziej turbulentne niż galaktyki spiralne, które widzimy w naszym kosmicznym sąsiedztwie" - tłumaczy Reinhard Genzel.

Co więcej, okazuje się, że efekt jest bardziej znaczący, im dalej w czasie patrzymy. Być może od trzech do czterech miliardów lat po Wielkim Wybuchu gaz był już wystarczająco skondensowany w płaskich, rotujących dyskach galaktyk, a ciemna materia mogła być wtedy jeszcze mocno rozproszona, i minęły kolejne miliardy lat, zanim się skupiła i zaczęła wywierać dominujący efekt grawitacyjny.

W zespole badawczym znajdziemy nazwisko o polskim brzmieniu. Emily Wisnioski, pracująca obecnie w Niemczech w Instytucie Maxa Plancka ds. Fizyki Pozaziemskiej w Garching, jest Amerykanką, której dziadek ze strony ojca, Stanley W. Wisnioski, wyemigrował w 1909 roku z Polski (z Sanoka) do Stanów Zjednoczonych, gdzie zmienił pisownię nazwiska właśnie na Wisnioski. Dziadek walczył w obu wojnach światowych i uzyskał stopień pułkownika.

Emily Wisnioski odegrała aktywną rolę w opisywanych badaniach rotacji odległych galaktyk. Analizowała dane jako kluczowy członek zespołu wykonującego przegląd nieba o nazwie KMOS3D, który dostarczył znaczą część danych.

„Wyniki są bardzo ciekawe, ponieważ jest to nowatorskie podejście do mierzenia ciemnej materii we wczesnym Wszechświecie. Dane pokazują coś innego niż widzimy w naszej lokalnej części Wszechświata, ciemna materia odgrywała mniejszą rolę w młodych dyskach galaktyk" - powiedziała Emily Wisnioski. (PAP)

cza/ zan/