Znanstvenici su po prvi put izradili detaljne karte raspodjele tamne tvari u ranom svemiru koristeći mlade galaksije koje zrače u Lyman-alfa liniji (engl. Lyman-alpha emitters). Rezultati pokazuju kako je ta nevidljiva tvar oblikovala širenje i razvoj galaksija u prvim milijardama godina nakon Velikog praska.
Istraživanje je provela međunarodna skupina predvođena znanstvenicima sa Sveučilišta Rutgers, a znanstveni rad je objavljen u časopisu The Astrophysical Journal Letters. Analizom najvećeg dosad uzorka ovih galaksija otkriveni su obrasci gustoće tamne tvari koji pružaju ključne tragove o nastanku i evoluciji kozmičkih struktura.
Tamna tvar ne emitira svjetlost ni energiju, no njezino postojanje zaključuje se iz gravitacijskog učinka na gibanje i raspored galaksija. Upravo zato njezino mapiranje predstavlja jedan od najvećih izazova suvremene kozmologije.
“Analiza ovih uzoraka daje nam procjenu mase tamne tvari koja okružuje galaksije”, objasnio je Eric Gawiser, profesor fizike i astronomije na Rutgersu. “Podaci potvrđuju da su galaksije koje zrače u Lyman-alfa liniji prethodnice današnjih galaksija, uključujući i Mliječni put.”
Najopsežniji uzorak do sada
Istraživanje je vodila doktorandica Dani Herrera, koristeći podatke iz projekta ODIN (One-hundred-square-degree DECam Imaging in Narrowbands), čiji je cilj analizirati više od 100.000 galaksija koje zrače u Lyman-alfa liniji. Te galaksije sadrže velike količine vodika koji svijetli u karakterističnoj emisijskoj liniji, što omogućuje njihovo otkrivanje na ogromnim udaljenostima.
Podaci su prikupljeni iz regije Cosmic Evolution Survey Deep Field (COSMOS), jedne od najvećih dubinskih promatračkih kampanja u povijesti. Promatrana su tri razdoblja u svemiru: 2,8 milijardi, 2,1 milijardu i 1,4 milijardu godina nakon Velikog praska.
Analiza je pokazala da se samo 3 do 7 posto najgušćih regija tamne tvari preklapa s galaksijama koje zrače u Lyman-alfa liniji. To sugerira da je riječ o kratkotrajnoj razvojnoj fazi galaksija, tijekom koje one intenzivno svijetle u Lyman-alfa spektru. Ta faza traje od nekoliko desetaka do nekoliko stotina milijuna godina.
“Željeli smo pronaći tamnu tvar čija gravitacija pokreće spajanje i rast galaksija”, naglasila je Herrera. “Razumijevanje njezina rasporeda i razvoja ključno je za razumijevanje evolucije svemira.”
Kako su nastale karte tamne tvari
Za izradu karata tamne tvari znanstvenici su proučavali način na koji su se galaksije rasporedile u svemiru. Ideja je jednostavna: ako se galaksije često pojavljuju u skupinama, to znači da se ondje nalazi mnogo tamne tvari čija ih gravitacija privlači. Ako su raspršene, tamne tvari ima manje.
Kako bi to izmjerili, koristili su posebnu statističku tehniku koja broji parove galaksija i uspoređuje njihov razmak s onim što bi se očekivalo da su raspoređene potpuno nasumično. Ta se metoda naziva kutna korelacijska funkcija, a rezultat je uzorak koji pokazuje gdje su galaksije najgušće povezane.
Na temelju tih podataka nastale su karte gustoće tamne tvari. One funkcioniraju slično kao topografske karte koje prikazuju brda i doline na Zemlji,samo što ovdje ne vidimo planine nego “gravitacijske udubine” u kojima se formiraju galaksije.
Ovi rezultati daju prvi izravni uvid u raspodjelu najgušćih regija tamne tvari u ranom svemiru. Time se ne samo bolje razumije kako tamna tvar utječe na nastanak galaksija, nego se i poboljšavaju računalni modeli koji pokušavaju opisati građu i razvoj svemira.
Projekt ODIN se nastavlja, a s još većim brojem promatranih galaksija znanstvenici očekuju još precizniju sliku kozmičke mreže, goleme strukture od galaksija i tamne tvari koja povezuje cijeli svemir.
“Tamna tvar je nevidljiva našim teleskopima, ali oblikuje svemir svojom gravitacijom”, zaključio je Eric Gawiser. “Dok jedni pokušavaju otkriti njezinu prirodu, mi se bavimo pitanjem gdje se nalazi i kakvu ulogu ima u razvoju svemira.”
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
