Zvjezdani tokovi, dugi i tanki nizovi zvijezda koji kruže oko galaksija, dugo su smatrani jednim od najboljih alata za proučavanje tamne tvari. No nova studija pokazuje da njihove praznine, zavoji i račvanja ne moraju nastati zbog nevidljivih nakupina tamne tvari. Slične se nepravilnosti mogu razviti i pod utjecajem same galaksije.
Tim astronoma sa Sveučilišta Washington proveo je opsežne računalne simulacije u kojima je pratio oko 15.000 zvjezdanih tokova. Rezultati, objavljeni u časopisu The Astrophysical Journal, pokazuju koliko je teško razdvojiti stvaran trag djelovanja tamne tvari od posljedica galaktičkog okruženja.
Kako nastaje zvjezdani tok?
Zvjezdani tok nastaje kada gravitacija galaksije postupno rastavi kuglasti skup ili malu satelitsku galaksiju. Zvijezde koje se odvoje nastavljaju kružiti oko galaktičkog središta, ali se s vremenom razvuku u dugu, usku strukturu. Njihove putanje zato čuvaju zapis o gravitacijskom polju kroz koje prolaze.
Astronomi u tim strukturama traže praznine, zadebljanja i nagle promjene smjera. Jedno od mogućih objašnjenja jest prolazak male nakupine tamne tvari, takozvanog podhaloa, čija bi gravitacija povukla zvijezde iz toka i ostavila prepoznatljiv trag.
Zvjezdani tokovi već se koriste i za proučavanje drugih galaksija. Primjerice, tok pronađen u ultradifuznoj galaksiji UGC9050-Dw1 poslužio je za procjenu njezina gravitacijskog polja i raspodjele tamne tvari.
Sama galaksija može stvoriti isti signal
U novom su istraživanju znanstvenici simulirali četiri galaksije mase usporedive s Mliječnom stazom. U svakoj su pratili tisuće tokova tijekom pet milijardi godina. Iz modela su izostavili male nakupine tamne tvari i divovske molekularne oblake kako bi provjerili kakve nepravilnosti mogu nastati zbog same strukture galaksije i njezina gravitacijskog polja.
Rezultat je bio vrlo jasan: otprilike tri četvrtine tokova razvilo je složene oblike iako u simulacijama nije bilo malih podhaloa tamne tvari. Pojavljivali su se zavoji, račvanja, izbočine i praznine, odnosno strukture vrlo slične onima koje se u stvarnim opažanjima često pripisuju tamnoj tvari.
Od približno 15.000 simuliranih tokova samo je njih oko 70 ostalo bez uočljivih valovitosti. Čak su i najmirniji tokovi pokazivali promjene širine od 10 do 25 posto, a praznine su imale kutnu veličinu od oko dva stupnja.
Uzrok nije bio jedan skriveni objekt, nego neujednačena gravitacija galaksije. Zvjezdani tokovi prolaze kroz područja različite gustoće, a njihov oblik dodatno mijenjaju razvoj galaktičkog diska i haloa te kretanje okolnih struktura. Utjecaj je najjači za tokove koji se približavaju središtu galaksije. U simulacijama je granica između mirnijih i snažno poremećenih tokova bila na približno 15 kiloparseka, odnosno oko 49.000 svjetlosnih godina od središta.
Zašto je to važno za potragu za tamnom tvari?
Nova studija ne pobija postojanje tamne tvari. Ona pokazuje da se njezin mogući utjecaj ne može procjenjivati tako da se svaka nepravilnost u zvjezdanom toku odmah pripiše podhalou. Prije toga treba izračunati kakve bi tragove mogla ostaviti sama galaksija.
Bez takve osnovne usporedbe astronomi bi mogli precijeniti broj malih nakupina tamne tvari ili pogrešno zaključiti da su ih pronašli. Autori zato predlažu da se modeli galaksija bez podhaloa koriste kao početna referenca, a tek se nakon toga traže odstupanja koja bi doista mogla upućivati na tamnu tvar.
Rubin bi mogao donijeti stroži test
Buduća opažanja trebala bi donijeti mnogo više podataka. Opservatorij Vera C. Rubin trebao bi pronaći velik broj novih zvjezdanih tokova u Mliječnoj stazi, a podatke će dopuniti i svemirski teleskopi Euclid i Nancy Grace Roman.
Veći uzorak omogućit će usporedbu tokova na različitim udaljenostima od galaktičkog središta i u različitim vrstama orbita. Ako se nakon što se u obzir uzme gravitacija Mliječne staze pojave nepravilnosti koje modeli ne mogu objasniti, tada će one biti mnogo uvjerljiviji kandidati za tragove tamne tvari.
Zvjezdani tokovi stoga ostaju vrijedan alat za proučavanje nevidljivog dijela svemira, ali njihovu strukturu najprije treba objasniti gravitacijom galaksije koja ih oblikuje. Tek se tada u njihovim prazninama i zavojima može pouzdanije tražiti trag tamne tvari.
