Opservatorij Rubin istražit će zvjezdane potoke i tamnu tvar

Sjajne linije zvijezda koje kruže oko Mliječnog puta mogu pružiti odgovore na jedno od najvećih pitanja svemira: što je tamna tvar? Snimke napravljene kroz šest različitih spektralnih filtara na najvećoj kameri ikad izrađenoj za potrebe astronomije i astrofizike, u sklopu nadolazećeg istraživanja “Legacy Survey of Space and Time” Opservatorija Vera C. Rubin, otkrit će dosad neviđene zvjezdane potoke oko Mliječnog puta te izrazite učinke njihovih interakcija s tamnom tvari. Poput hipnotizirajućih rijeka koje se presijavaju na sunčevom svjetlu, zvjezdani potoci iscrtavaju blistave lukove unutar i oko naše domovine galaksije – Mliječnog puta. Oni su formirani od zvijezda koje su prvotno bile dio kuglastih skupova ili patuljastih galaksija, ali su razdvojene zbog gravitacijskih interakcija s našom galaksijom te su se protegle u dugim linijama. Ovi delikatni tragovi zvijezda često pokazuju znakove poremećaja, a znanstvenici pretpostavljaju da je tamna tvar često uzrok tome. Opservatorij Vera C. Rubin uskoro će dostaviti obilje podataka koji će osvijetliti misteriji iza zvjezdanih potoka, tamne tvari i njihove složene međuodnose.

Tamna tvar čini 27% svemira, no ne može se izravno opaziti, i znanstvenici još uvijek ne znaju njenu pravu prirodu. Kako bi produbili znanje, koriste se različite metode neizravnog istraživanja. Metode poput slabe gravitacijske leće omogućuju mapiranje raspodjele tamne tvari na velikim skalama svemira. Promatranje zvjezdanih potoka omogućuje znanstvenicima istraživanje tamne tvari na mikro razinama, jer ti potoci pokazuju tragove gravitacijskih efekata tamne tvari. Opservatorij Vera C. Rubin, smješten u Čileu, koristit će teleskop promjera 8,4 metra, opremljen najvećom digitalnom kamerom na svijetu, za provođenje desetogodišnjeg istraživanja cijelog neba južne hemisfere, koje će započeti krajem 2025. godine. Dobiveni podaci, snimljeni kroz šest različitih spektralnih filtara, olakšat će znanstvenicima identifikaciju zvjezdanih potoka unutar i izvan Mliječnog puta te analizu znakova smetnji izazvanih tamnom tvari.

“Nevjerojatno sam uzbuđena zbog korištenja zvjezdanih potoka za proučavanje tamne tvari,” izjavila je Nora Shipp, postdoktorska istraživačica na Sveučilištu Carnegie Mellon i suvoditeljica Radne skupine za tamnu tvar u suradnji na znanstvenim istraživanjima tamne energije Opservatorija Rubin/LSST. “S Opservatorijem Rubin, bit će moguće analizirati raspored tamne tvari u našoj galaksiji od najširih razmjera do najmanjih detalja.” Opservatorij Rubin započet će sa znanstvenim radom krajem 2025. godine. Program je dio NSF NOIRLab, koji će, zajedno s SLAC Nacionalnim akceleratorskim laboratorijem, upravljati Opservatorijem Rubin.

Halo tamne tvari

Dokazi ukazuju da oko Mliječnog puta postoji sferni halo tamne tvari, sastavljen od manjih komponenti tamne tvari. Ti komponenti interagiraju s drugim strukturama, remeteći njihovu gravitacijsku dinamiku i mijenjajući njihov vizualni izgled. Kod zvjezdanih potoka, posljedice interakcija s tamnom tvari manifestiraju se kao deformacije ili praznine u nizovima zvijezda. Izuzetno detaljne slike koje će Opservatorij Rubin snimiti omogućit će znanstvenicima da identificiraju i istraže vrlo suptilne anomalije u zvjezdanim potocima, čime će moći zaključiti osobine niskomasa tamne tvari koje su ih uzrokovale—čak i precizirati koje vrste čestica čine te agregate. “Promatrajući zvjezdane potoke, moći ćemo dobiti neizravna mjerenja agregata tamne tvari u Mliječnom putu do masâ manjih nego što je to prije bilo moguće, što će nam pružiti vrlo precizna ograničenja na osobine čestica tamne tvari,” naglasila je Shipp.

Zvjezdani potoci u vanjskim područjima Mliječnog puta posebno su prikladne za promatranje efekata tamne tvari jer su manje vjerojatno pogođene interakcijama s drugim dijelovima galaksije, što može ometati analizu. Opservatorij Rubin moći će otkriti zvjezdane potoke na udaljenosti približno pet puta većoj nego što je to trenutno moguće, omogućujući znanstvenicima da otkriju i prouče potpuno novu populaciju zvjezdanih potoka u vanjskim područjima Mliječnog puta. Zvjezdani potoci teško je razlikovati od ostalih zvijezda Mliječnog puta. Da bi izolirali zvjezdane potoke, znanstvenici traže zvijezde s određenim svojstvima koje sugeriraju da su vjerojatno bile dio kuglastih skupova ili patuljastih galaksija. Zatim analiziraju kretanje ili druge osobine ovih zvijezda kako bi identificirali one koje su povezane u tok.

“Zvjezdani potoci su poput nizova bisera, čije zvijezde prate putanju orbite sustava i dijele zajedničku povijest,” rekla je Jaclyn Jensen, doktorska kandidatkinja na Sveučilištu Victoria koja planira koristiti podatke Rubin/LSST za svoje istraživanje o prethodnicima zvjezdanih potoka i njihovoj ulozi u formiranju Mliječnog puta. “Koristeći karakteristike ovih zvijezda, možemo doći do informacija o njihovom podrijetlu i vrstama interakcija koje je potok mogla doživjeti. Ako pronađemo ‘ogrlicu od bisera s nekoliko raspršenih bisera u blizini‘, možemo zaključiti da je nešto moglo doći i prekinuti niz.”

LSST kamera Opservatorija Rubin od 3200 megapiksela opremljena je sa šest spektralnih filtara—uključujući, posebno za znanstvenike zvjezdanih potoka poput Shipp i Jensen, ultraljubičasti filter. Ultraljubičasti filter Rubina pružit će ključne informacije na plavo-ultraljubičastom kraju svjetlosnog spektra, omogućavajući znanstvenicima razlikovanje suptilnih varijacija i razmrsiti zvijezde unutar potoka od sličnih zvijezda u Mliječnom putu. Opservatorij Rubin pružit će znanstvenicima tisuće dubokih slika snimljenih kroz svih šest filtera, nudeći jasniju sliku zvjezdanih potoka nego ikad prije. Lavina podataka koje će Rubin pružiti također će potaknuti razvoj novih alata i metoda za izolaciju zvjezdanih potoka. Kao što Shipp napominje, “Trenutno je to mukotrpan proces prepoznavanja potencijalnih potoka vizualnim putem—velika količina podataka koje će Rubin pružiti predstavlja uzbudljivu priliku za razmišljanje o novim, automatiziranijim načinima identifikacije potoka.