Znanstvenici su izradili dosad najdetaljniju kartu tamne tvari u svemiru i pokazali koliko je ta nevidljiva sastavnica bila presudna za nastanak galaksija, zvijezda i planeta. Karta, temeljena na novim opažanjima svemirskim teleskopom James Webb, otkriva kako je gravitacija tamne tvari “povukla” običnu tvar u nakupine iz kojih su se razvile strukture poput Mliječne staze i na kraju planeta poput Zemlje. Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature Astronomy, a vodi ga međunarodni tim s istraživačima sa Sveučilišta u Durhamu, NASA-in Laboratorij za mlazni pogon (JPL) i École Polytechnique Fédérale de Lausanne.
Nevidljiva mreža koja oblikuje galaksije
Tamna tvar ne svijetli, ne reflektira ni ne apsorbira svjetlost i prolazi kroz običnu tvar bez ikakvog vidljivog traga. Unatoč tome, ona djeluje gravitacijom i upravo se u tim gravitacijskim učincima krije ključ za njezino “razotkrivanje”. Nova karta pokazuje koliko se raspodjela tamne tvari u svemiru dobro podudara s raspodjelom obične tvari, odnosno galaksija koje možemo vidjeti.
Prema današnjim modelima, u ranom svemiru i tamna i obična tvar bile su vrlo razrijeđene. Tamna tvar se prva počela zgušnjavati u nakupine i filamentarne strukture. Njena gravitacija potom je privlačila plin i prašinu od kojih su nastale prve zvijezde i galaksije. “Otkrivajući tamnu tvar s dosad neviđenom preciznošću, naša karta pokazuje kako je taj nevidljivi sastojak svemira organizirao vidljivu tvar do razine na kojoj su mogle nastati galaksije, zvijezde i, na kraju, život”, kaže suautor rada dr. Gavin Leroy s Instituta za računalnu kozmologiju na Sveučilištu u Durhamu. U njegovim riječima, tamna tvar je “pravi arhitekt svemira” koji postupno slaže strukture koje vidimo teleskopima.
Koliko je uloga tamne tvari stvarna, a ne tek teorijska konstrukcija, naglašava i suautor studije, profesor Richard Massey sa Sveučilišta u Durhamu. Gdje god u svemiru danas vidimo veće nakupine obične tvari, od pojedinačnih galaksija do golemih jata galaksija, ondje nalazimo i tamnu tvar. Procjenjuje se da kroz naše tijelo svake sekunde prolaze milijarde njezinih čestica, potpuno neprimjetno za nas, dok golemi halo tamne tvari oko Mliječne staze ima dovoljno gravitacije da održi čitavu galaksiju na okupu – bez njega bi se, kaže Massey, naša galaksija pod vlastitom rotacijom jednostavno raspala.
Webb otkriva tamnu tvar u visokoj rezoluciji
Nova karta obuhvaća dio neba u zviježđu Sekstant, površine otprilike dva i pol puta veće od punog Mjeseca na nebu. Teleskop James Webb promatrao je to područje ukupno oko 255 sati i identificirao gotovo 800 tisuća galaksija, među kojima mnoge koje do sada uopće nisu bile zabilježene. To područje već je ranije bilo meta promatranja optičkim teleskopima na Zemlji i svemirskim teleskopom Hubble, no Webb je dramatično povećao razinu detalja.
Kako iz takvih podataka dobiti kartu nečega što ne svijetli? Tim je iskoristio činjenicu da masa, bez obzira na to je li riječ o običnoj ili tamnoj tvari, zakrivljuje prostorvrijeme. Svjetlost dalekih galaksija na putu prema nama prolazi kroz takva “udubljenja” u prostoru, pa se njezin put blago savija. Taj efekt, poznat kao gravitacijsko lećenje, u opažanjima se vidi kao suptilno izduženje ili izobličenje oblika galaksija, kao da gledamo kroz nehomogeno staklo. Analizom tih malih izobličenja u velikom broju galaksija može se rekonstruirati kako je masa, a time i tamna tvar, raspoređena između nas i tih objekata.
Nova karta obuhvaća oko deset puta više galaksija nego prethodne karte istog područja dobivene sa Zemlje i otprilike dvostruko više nego one temeljene na Hubbleovu teleskopu. Zahvaljujući većem broju promatranih galaksija i oštrijoj slici, istraživači su uspjeli uočiti nove koncentracije tamne tvari i znatno preciznije razlučiti već poznate strukture.
“Ovo je najveća karta tamne tvari koju smo dosad sastavili s pomoću Webba, a ujedno je i oko dvostruko detaljnija od svih dosadašnjih”, ističe suautorica dr. Diana Scognamiglio iz NASA-ina Laboratorija za mlazni pogon (JPL). “Prije smo imali tek mutan prikaz, a sada u iznimnim detaljima vidimo nevidljivu mrežu na kojoj počiva struktura svemira, zahvaljujući izvanrednoj rezoluciji Webba.”
Ključnu ulogu pri određivanju udaljenosti mnogih galaksija imala je Webbova srednje infracrvena kamera MIRI (Mid-Infrared Instrument). Ona radi na valnim duljinama posebno pogodnima za uočavanje galaksija skrivenih u oblacima kozmičke prašine, koje su često slabo vidljive u optičkom području. U razvoju MIRI-ja sudjelovao je i Centar za izvangalaktičku astronomiju Sveučilišta u Durhamu, a instrument je projektiran i vođen do lansiranja upravo u suradnji s JPL-om. To je omogućilo da se u kartu uključe i “prašnjave” galaksije, što dodatno poboljšava vjernost preslika raspodjele tamne tvari.
Referentna karta za nova svemirska istraživanja
Znanstvenici naglašavaju da je podudarnost između karte tamne tvari i karte obične tvari toliko jaka da se ne može objasniti slučajnošću. Webbova opažanja potvrđuju da je gravitacija tamne tvari tijekom čitave povijesti svemira usmjeravala tok plina i zvijezda, određujući gdje će nastati galaksije i gdje će se tvar zadržati dovoljno dugo da nastanu složeniji kemijski elementi, planeti i eventualno život.
Sljedeći korak je izaći iz jednog relativno malog područja i napraviti karte tamne tvari na razini čitavog vidljivog svemira. U tome će ključnu ulogu imati dva nova svemirska teleskopa: europski teleskop Euclid i NASA-in Svemirski Teleskop Nancy Grace Roman. Kombiniranjem njihovih širokokutnih karata s dubinskim pogledom koji pruža Webb, istraživači se nadaju da će bolje razumjeti temeljna svojstva tamne tvari, ali i eventualne promjene njezina ponašanja tijekom kozmičke povijesti.
Dio neba u Sekstantu koji je Webb upravo iscrtao u tolikoj detaljnosti poslužit će kao referentni uzorak za sve buduće karte. Svaka nova generacija promatranja uspoređivat će se s tom kartom “visoke rezolucije”, čime će se preciznije kalibrirati instrumenti i metode. U konačnici, takvi će projekti pomoći da iz nevidljive gravitacijske pozadine izvučemo što jasniju sliku o tome kako je svemir dobio strukturu koju danas vidimo, od najvećih kozmičkih niti do galaksije u kojoj živimo
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.
wow your article is simply a masterpiece, i like that, keep it up and will be checking for new update. do you post often? you can check the biggest webdesign freelancer in platform in germany called https://webdesignfreelancerfrankfurt.de/ Thank you for your wonderful post