Može li dio nestale mase Mliječne staze biti skriven u međuzvjezdanim kometima?

Treći poznati međuzvjezdani posjetitelj, 3I/ATLAS, već je prisilio astronome da ponovno razmisle o tome koliko materijala iz drugih planetarnih sustava prolazi kroz Sunčev sustav. Nova analiza istraživača sa Sveučilišta u Hamburgu sada postavlja još ambicioznije pitanje: može li velik broj takvih objekata objašnjavati dio mase koju u Mliječnoj stazi obično pripisujemo tamnoj tvari?

3I/ATLAS kao trag nevidljive populacije

Do sada su potvrđena samo tri međuzvjezdana objekta koja su prošla kroz Sunčev sustav: 1I/ʻOumuamua, 2I/Borisov i 3I/ATLAS. Taj broj zvuči malen, ali ne govori mnogo o stvarnom broju takvih tijela u galaksiji. Vidimo ih samo kada slučajno prođu dovoljno blizu Sunca i kada ih teleskopi uspiju izdvojiti iz pozadine.

3I/ATLAS posebno je zanimljiv jer je među dosad poznatim međuzvjezdanim objektima najveći, iako je njegova stvarna veličina još nesigurna. Procjene polumjera kreću se u širokom rasponu, od oko 0,16 do 2,8 kilometara. To nije mala razlika. Masa tijela raste s trećom potencijom polumjera, pa promjena u procjeni veličine može drastično promijeniti izračun njegove mase.

Autori novog rada pokušali su iz tog jednog dobro proučavanog slučaja izvući širu procjenu. Pitanje nije bilo može li jedan objekt promijeniti galaktičku sliku, nego koliko bi mase mogla nositi golema, uglavnom nevidljiva populacija sličnih međuzvjezdanih tijela.

Masa koja nedostaje u Mliječnoj stazi

Problem nestale mase u galaksijama proizlazi iz načina na koji se zvijezde gibaju oko galaktičkih središta. U Mliječnoj stazi, kao i u mnogim drugim galaksijama, zvijezde kruže brže nego što bi se očekivalo na temelju vidljive materije. Kada bi se računale samo zvijezde, plin i prašina koje možemo opaziti, rotacija galaksije ne bi se poklapala s mjerenjima.

Zbog toga se uvodi tamna tvar, oblik materije koji ne zrači, ne upija svjetlost i gotovo ne stupa u interakciju s običnom materijom, osim gravitacijski. Prema procjenama temeljenima na podacima misije Gaia, lokalna gustoća tamne tvari u Mliječnoj stazi iznosi oko 0,44 gigaelektronvolta po kubnom centimetru.

Hamburški tim ne tvrdi da međuzvjezdani objekti zamjenjuju tamnu tvar. Njihova ideja je uža i opreznija: ako u galaksiji postoji ogroman broj tamnih, hladnih, teško uočljivih stijena i ledenih tijela izbačenih iz drugih planetarnih sustava, dio mase koju pripisujemo nevidljivoj komponenti možda pripada običnoj materiji koju jednostavno nismo prebrojali.

Jedan uzorak, vrlo velik raspon

Kako bi procijenili lokalnu gustoću takvih tijela, istraživači su koristili Poissonovu distribuciju, statistički postupak prikladan za rijetke događaje. U ovom slučaju rijedak događaj je detekcija međuzvjezdanog objekta veličine usporedive s 3I/ATLAS-om u našem dijelu galaksije.

Nakon toga izračunali su koliki bi se dio mase koju danas pripisujemo tamnoj tvari mogao objasniti takvim objektima. Rezultat je neobično visok: prema njihovu modelu, međuzvjezdani objekti mogli bi činiti približno 13 do 45 posto mase koja se u Mliječnoj stazi trenutačno ubraja u tamnu tvar.

No taj raspon treba uzeti s velikim oprezom. Procjena se u velikoj mjeri oslanja na jedan jedini objekt, 3I/ATLAS, iz kojeg se zatim izvodi moguća galaktička populacija sličnih tijela. Posebno je upitna gornja granica. Da bi međuzvjezdani objekti doista objašnjavali gotovo polovicu mase koja nedostaje, planetarni sustavi morali bi u međuzvjezdani prostor izbaciti iznimno velike količine materijala.

Zato ovaj rad ne nudi zamjenu za tamnu tvar, nego upozorava na moguću slijepu točku u našim procjenama. Dio materije u galaksiji možda nije egzotičan ni nepoznat, nego pripada običnim ledenim i stjenovitim tijelima koja su premala, pretamna i prerijetko opažena da bismo ih dosad mogli pouzdano uključiti u galaktički obračun mase

Novi teleskopi brzo će suziti procjene

Ako se pokaže da je međuzvjezdanih objekata znatno više nego što današnje procjene dopuštaju, posljedice bi mogle dosegnuti i pokuse koji pokušavaju izravno otkriti tamnu tvar. Detektori poput LZ-a i XENONnT-a svoje izračune temelje na pretpostavljenoj lokalnoj gustoći tamne tvari. Iz te gustoće proizlazi očekivani broj hipotetskih čestica, poput WIMP-ova, koje bi trebale prolaziti kroz spremnike ksenona. Ako je stvarna gustoća tamne tvari manja jer dio mase pripada običnim međuzvjezdanim tijelima, tada bi se i očekivanja za takve pokuse morala ponovno provjeriti.

Tu pretpostavku uskoro će biti lakše testirati. Novi veliki pregledi neba trebali bi otkriti desetke, možda i stotine međuzvjezdanih objekata. Takav uzorak bit će presudan jer će pokazati jesu li 1I/ʻOumuamua, 2I/Borisov i 3I/ATLAS rijetki prolaznici ili prvi opaženi tragovi mnogo veće populacije tijela koja se kreću kroz prostor između zvijezda.

Tamna tvar i dalje ostaje glavno objašnjenje za rotaciju Mliječne staze i drugih galaksija. Ipak, 3I/ATLAS otvara korisno pitanje: koliki dio obične materije u galaksiji još nismo uračunali jer je premala, pretamna i predaleko od dosega dosadašnjih promatranja?

Ivan Petričević

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.