Ciemna materia i masywne galaktyki

Około 85% materii we Wszechświecie ma postać ciemnej materii, której natura nadal pozostaje tajemnicą. Pozostałą część można odnaleźć w atomach. Ciemna materia wykazuje grawitację, ale poza tym w żaden sposób nie wchodzi w interakcje z normalną materią ani nie emituje światła. Astronomowie badający ewolucję galaktyk stwierdzają, że ponieważ ciemna materia jest tak obfita, jednak dominuje w formowaniu się struktur wielkoskalowych we Wszechświecie, takich jak gromady galaktyk.

Mimo, że jest trudna do bezpośredniego wykrycia, ciemna materia może być namierzana poprzez modelowanie czułych obserwacji rozkładów galaktyk w różnym zakresie skali. Galaktyki zwykle znajdują się w centrach ogromnych skupisk ciemnej materii, zwanych halo. Soczewkowanie grawitacyjne bardziej odległych galaktyk przez halo ciemnej materii oferuje wyjątkowo unikalną i potężną próbkę szczegółowego rozkładu ciemnej materii. „Słabe soczewkowanie” powoduje skromne, ale systematyczne deformowanie kształtu galaktyk tła i może dostarczyć solidnych ograniczeń w rozmieszczeniu ciemnej materii w gromadach. „Mocne soczewkowanie” natomiast tworzy wysoce zniekształcone, powiększone i czasami zwielokrotnione obrazy jednego źródła.

W minionej dekadzie obserwacje i symulacje hydrodynamiczne znacznie pogłębiły nasze zrozumienie rozwoju masywnych galaktyk, przy czym obecnie preferowany jest scenariusz dwufazowy. W pierwszym kroku masywne jądra dzisiejszych galaktyk powstają w kosmologicznych czasach od grawitacyjnego zapadania się materii do galaktyk wraz z otaczającym je halo ciemnej materii. Powstawanie gwiazd następnie zwiększa masę gwiazdową galaktyk. Jednak najmasywniejsze galaktyki przechodzą drugą fazę, w której przechwytują gwiazdy z zewnętrznych obszarów innych galaktyk, a gdy proces formowania się gwiazd w nich samych ustanie, faza ta dominuje w ich skupisku. Modele komputerowe i niektóre wyniki obserwacji wydają się potwierdzać ten scenariusz.

Joshua Speagle, astronom z CfA, był członkiem zespołu, który wykorzystał obrazowanie na optycznej długości fali i bliskiej podczerwieni teleskopu Subaru do badania skupisk masywnych galaktyk. Ich technika wykorzystała efekty słabego soczewkowania ponieważ masywne galaktyki mają również bardzo masywne halo ciemnej materii, które zakrzywia światło. Astronomowie zbadali około 3200 galaktyk, których masy gwiazdowe są większe niż masa Drogi Mlecznej. Korzystając z analiz słabego soczewkowania, odkryli, że informacje o historii halo ciemnej materii skupisk masywnych galaktyk są zakodowane w rozkładzie masywnych galaktyk centralnych. Między innymi implikacjami naukowcy pokazują, że w przypadku galaktyk o tej samej masie, te o bardziej wydłużonych kształtach mają zwykle masywniejsze halo ciemnej materii. Wyniki te otwierają nowe drzwi do badania, w jaki sposób masywne galaktyki tworzą się i ewoluują w kosmicznym czasie.

Opracowanie:

Agnieszka Nowak

Źródło:

CfA