Istraživači MIT-a otkrili su, mjereći brzinu zvijezda unutar Mliječne staze, da zvijezde smještene dalje u galaktičkom disku putuju sporije nego što se ranije pretpostavljalo, u usporedbi sa zvijezdama bliže središtu galaksije. Ova zapažanja ukazuju na intrigantnu mogućnost: moguće je da gravitacijska jezgra Mliječnog puta ima manju masu i sadrži manje tamne materije nego što se do sada smatralo.
Ovi novi rezultati temelje se na detaljnoj analizi podataka prikupljenih pomoću instrumenata Gaia i APOGEE. Gaia, svemirski teleskop u orbiti, prati preciznu lokaciju, udaljenost i kretanje preko milijardu zvijezda širom Mliječnog puta. S druge strane, APOGEE predstavlja zemaljski projekt koji omogućava detaljno istraživanje.
Analizirajući mjerenja Gaie za više od 33.000 zvijezda, uključujući i neke od najudaljenijih u galaksiji, znanstvenici su odredili “kružnu brzinu” svake zvijezde – brzinu kojom se zvijezda kreće u orbiti oko galaktičkog središta u ovisnosti o svojoj udaljenosti od njega. Znanstvenici su potom usporedili brzinu i udaljenost svake zvijezde kako bi stvorili rotacijsku krivulju – standardni alat u astronomiji koji ilustrira brzinu rotacije materije u odnosu na udaljenost od središta galaksije. Ovaj grafikon pruža uvid u raspodjelu vidljive i tamne materije unutar galaksije.
“Zapanjujuće je bilo vidjeti kako krivulja ostaje ravna sve do određene točke, nakon čega počinje naglo padati,” izjavila je Lina Necib, asistentica profesora fizike na MIT-u. “To implicira da se vanjske zvijezde kreću nešto sporije, što je zaista neočekivano.”
Proučavanjem ove nove rotacijske krivulje, tim je došao do zaključka da jezgra Mliječnog puta možda sadrži manju količinu tamne tvari nego što je prethodno bilo pretpostavljeno. Drugim riječima, središte naše galaksije moglo bi biti manje gusto, s manjom koncentracijom tamne tvari, nego što se ranije mislilo.
“…Nešto neobično se događa…”
“Nalazimo se pred zanimljivim neslaganjem s drugim mjerama,” dodala je Necib. “Nešto neobično se događa i iznimno je uzbudljivo istražiti gdje je točno ta neusklađenost kako bismo dobili cjelovitiji prikaz Mliječnog puta.”
Rezultate istraživanja tim je objavio u časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Među koautorima studije s MIT-a, osim Necib, su Xiaowei Ou, prvi autor rada, Anna-Christina Eilers i Anna Frebel.
Mliječna staza, kao i većina galaksija u svemiru, rotira slično vodi u vrtlogu, a njezina rotacija djelomično je posljedica materije koja se vrti unutar galaktičkog diska. Astronomkinja Vera Rubin bila je prva koja je 70-ih godina prošlog stoljeća uočila da galaksije rotiraju na način koji ne može biti objašnjen isključivo vidljivom materijom.
Rubin i njeni kolege izmjerili su kružnu brzinu zvijezda te su otkrili da su rezultirajuće rotacijske krivulje iznenađujuće ravne. Drugim riječima, brzina zvijezda ostala je konstantna kroz cijelu galaksiju, umjesto da se smanjuje s povećanjem udaljenosti. Iz toga su zaključili da na udaljene zvijezde mora djelovati neka nevidljiva tvar kako bi im pružila dodatni poticaj.
Rubinov rad na rotacijskim krivuljama predstavljao je jedan od prvih snažnih dokaza za postojanje tamne tvari– nevidljivog i nepoznatog entiteta, za kojeg se procjenjuje da premašuje masu svih zvijezda i ostale vidljive materije u svemiru.
Od tada su astronomi zabilježili slične ravne krivulje u dalekim galaksijama, što dodatno podržava prisutnost tamne tvari. Tek nedavno su astronomi počeli istraživati rotacijsku krivulju naše galaksije koristeći podatke o zvijezdama.
Mjerenje rotacijske krivulje
“Ispostavilo se da je mjerenje rotacijske krivulje izazovnije kada se nalazite unutar same galaksije,” ističe Ou.
Anna-Christina Eilers, također asistentica profesora fizike na MIT-u, 2019. godine radila je na izradi rotacijske krivulje Mliječnog puta koristeći ranije objavljene podatke Gaia satelita. Ti podaci uključivali su zvijezde udaljene do 25 kiloparseka (oko 81.000 svjetlosnih godina) od središta galaksije.
Na temelju tih podataka, Eilers je uočila da se rotacijska krivulja Mliječnog puta čini ravnom, iako s blagim padom, slično drugim udaljenim galaksijama, što ukazuje na visoku gustoću tamne tvari u njezinom središtu. Međutim, ovo se viđenje promijenilo s objavom novih podataka od strane teleskopa, koji su ovaj put uključivali zvijezde udaljene do 30 kiloparseka – gotovo 100.000 svjetlosnih godina od jezgre galaksije.
“Na ovim udaljenostima nalazimo se na periferiji galaksije, gdje zvijezde postupno nestaju,” objašnjava Frebel. “Do sada nitko nije istraživao kretanje materije u ovom vanjskom dijelu galaksije, gdje se praktički nalazimo u praznini.”
Frebel, Necib, Ou i Eilers iskoristili su najnovije podatke Gaia satelita kako bi nadogradili Eilersovu početnu rotacijsku krivulju. Da bi dodatno poboljšali svoju analizu, tim je kombinirao podatke Gaie s mjerenjima APOGEE projekta – Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment, koji pruža iznimno detaljne informacije o više od 700.000 zvijezda Mliječne staze, poput njihove svjetlosti, temperature i kemijskog sastava.
“Ove podatke koristimo u algoritmu kako bismo identificirali uzorke koji nam omogućuju preciznije određivanje udaljenosti zvijezda,” pojasnio je Ou. “Tako smo uspjeli dosegnuti još veće udaljenosti.”
33.000 zvijezd
Tim je uspostavio precizne udaljenosti za više od 33.000 zvijezda, koristeći ova mjerenja za izradu trodimenzionalne karte zvijezda rasprostranjenih kroz Mliječnu stazu do oko 30 kiloparseka. Ova karta potom je integrirana u model koji simulira kružnu brzinu svake zvijezde, uzimajući u obzir raspodjelu svih ostalih zvijezda unutar galaksije. Zatim su brzine i udaljenosti svake zvijezde vizualizirane na ažuriranoj rotacijskoj krivulji Mliječne staze.
“Ovdje smo naišli na neočekivane rezultate,” komentirala je Necib. Za razliku od ranijih rotacijskih krivulja koje su pokazivale blagi pad, nova krivulja pokazuje značajno snažniji pad na vanjskim rubovima. Ovo iznenađujuće otkriće sugerira da zvijezde putuju brzo sve do određene točke, nakon čega iznenada usporavaju na najudaljenijim dijelovima galaksije. Drugim riječima, zvijezde na rubovima Mliječne staze kreću se sporije nego što se očekivalo.
Kada su istraživači analizirali ovu rotacijsku krivulju u smislu količine tamne materije koja bi mogla biti prisutna kroz galaksiju, otkrili su da bi jezgra Mliječnog puta mogla sadržavati znatno manje tamne tvari nego što se prije vjerovalo.
“Ovaj nalaz suprotstavlja se drugim mjerenjima,” ističe Necib. “Potpuno razumijevanje ovog otkrića ima potencijal donijeti značajne promjene u našem shvaćanju. To može ukazivati na postojanje skrivenih masa izvan ruba galaktičkog diska ili potaknuti na ponovno razmatranje trenutnog stanja ravnoteže naše galaksije. Nastavljamo tražiti ove odgovore u nadolazećim radovima, koristeći visokokvalitetne simulacije galaksija sličnih Mliječnoj stazi.”
Ovo istraživanje ne samo da pruža uvid u strukturu Mliječnog puta, već i doprinosi širem razumijevanju galaktičkih procesa i misteriozne prirode tamne tvari. Proučavanje kretanja zvijezda na rubovima naše galaksije otvara nova vrata za istraživanje svemira, pružajući znanstvenicima jedinstvene prilike da dublje zaronu u složenost kozmičkog krajolika.
Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram –t.me/kozmoshr
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
