Aivan kuten lampin väreily osoittaa, että joku heitti kiveä, juoksi vesimittarin tai hyppäsi sammakon, salaperäisen aineen - tumman aineen - olemassaolo määräytyy sen valtavan vaikutuksen mukaan avaruuteen. Astronomit eivät voi tarkkailla sitä suoraan, mutta tumman aineen painovoima määrää galaksien syntymisen, muodon ja liikkumisen. Tämä tekee viime vuoden löytöstä täysin odottamattoman: omituisessa haja-galaksissa tummaa ainetta ei löytynyt ollenkaan. Luuletko että siinä kaikki? Ei väliä kuinka se on.
Galaksit ilman tummaa ainetta
Useat tutkijat pitivät tätä löytöä myönteisenä. Toiset ovat ilmaisseet epäilyksensä kritisoimalla galaksin etäisyyksien ja liikkeen mittaamista. Panokset ovat korkeat: jos pimeästä aineesta todella puuttuu tässä galaksissa, se vahvistaa paradoksaalisesti tämän asian olemassaolon.
Ja niin, alkuperäinen joukkue on hankkinut lisätietoja alkuperäisen löytönsä tueksi. Lisäksi on löydetty toinen galaksi, jolla on samanlaisia oireita. Jos aiemmin oli yksi erittäin hajanainen galaksi, joka ei sisällä tummaa ainetta (ensi silmäyksellä), nyt niitä on kaksi.
"Yksi esine voidaan aina poistaa yksisarvisena, mutta heti, kun löydät kaksi yksisarvista, alat ihmetellä yksisarvisten mahdollista olemassaoloa", kertoo Austinin Teksasin yliopiston tähtitieteilijä Michael Boylan-Kolchin, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. "Ja sitten alkaa miettiä mistä he ovat kotoisin, mitkä ovat niiden ominaisuudet ja kuinka yleisiä ne ovat."
Yksisarven löytäminen
Mainosvideo:
Kaksi meitä kiinnostavat galaksit ovat hyvin heikkoja ja kaukana maapallosta: niiden tähtiklustereista tulevat fotonit alkoivat matkustaa planeettamme kohti dinosaurusten hallinnan viimeisinä päivinä, noin 65 miljoonaa vuotta sitten. Ensimmäinen galaksi NGC 1052-DF2 on Linnunradan kokoinen, mutta sisältää 100 kertaa vähemmän tähtiä. Uusi galaksi NGC 1052-DF4 sijaitsee samalla taivaan alueella ja on kooltaan ja massalta suunnilleen sama.
Viime vuoden maaliskuussa Yale-yliopiston Shani Danielin ja Peter van Dokkumin johtamat tutkijat julkaisivat tutkimuksen, jossa arvioitiin NGC 1052-DF2: n koko tarkkailemalla sen tähtivaloa sekä sitä ympäröivien tähtiryhmien liikkeitä. Jos NGC 1052-DF2 sisältäisi niin paljon tummaa ainetta kuin tähtitieteilijät yleensä odottavat siitä, tumma aine lisäisi näiden tähtien ilmiöiden kiertonopeutta. Mutta ne liikkuvat hitaasti, mikä viittaa siihen, että tummaa ainetta ei ole. Kriitikot väittävät, että näiden tähtiklustereiden nopeudet on laskettu väärin - ja vaikka ne olisivatkin oikeita, vain kymmenen tähtiryhmän otoskoko oli liian vaatimaton määrittämään luotettavasti NGC 1052-DF2: n tumma-ainekanta.
Danieli päätti lokakuussa käsitellä tätä asiaa eri tekniikalla. Hän otti Keck Cosmic Web Imagerin, uuden instrumentin, joka oli äskettäin asennettu Hackin Keck-kaukoputken jättiläisen 10 metrin pääpeilin taakse. Tämä instrumentti voi mitata valoa erittäin heikoista esineistä erittäin korkealla resoluutiolla, joten se sopii erinomaisesti ultraradiffuusisten galaksien, kuten NGC 1052-DF2, tutkimiseen. Tämä työkalu oli niin hyvä, että Danielin ei enää tarvinnut tutkia tähtiklusterin liikkeitä galaksin massan määrittämiseksi. Sen sijaan hän voisi saada massaa suoraan, suoraan galaksin tähtivalolla.
Tiedon kannalta tähtivalo sisältää paljon sitä. Kun tutkija erottaa valon sen väreihin (tätä kutsutaan spektroskopiaksi), tutkijat voivat määrittää tähden koostumuksen, sen ikän, suunnan avaruudessa ja nopeuden. Suurin osa tästä tiedosta välitetään spektriviivojen muodossa - lineaarisina elementeinä, jotka on upotettu tähden spektriin erilaisten kemiallisten elementtien säteilyn tai absorption takia. Keckin instrumentti mittasi noin 10 miljoonan tähden spektrin DF2-galaksissa. Galaksin nopeimpien ja hitaimpien tähtien välisen leviämisen koko antaa kuvan siitä, kuinka paljon ainetta on vuorovaikutuksessa niiden kanssa. Mitä enemmän ainetta - tummaa tai jotain muuta - sitä suurempi on tähtien nopeuden leviäminen.
"Omaan yllätykseemme mittasimme erittäin kapeita spektriviivoja, jotka jättävät hyvin vähän tilaa muulle massalle kuin tähteiden galaksin tuomalle massalle", Danieli sanoo. Pimeälle aineelle ei yksinkertaisesti ole paikkaa.
Samaan aikaan Erik Emsellem Euroopan eteläisen observatorion alueelta ja hänen kollegansa ovat tutkineet galaksia erittäin suuren kaukoputken avulla Chilen Atacama-autiomaassa. He löysivät myös pieninopeuksisen hajonnan, joka tukee puuttuvan pimeän aineen skenaariota.
Strasbourgin yliopiston tähtitieteilijä Nicholas Martin oli yksi alkuperäisen artikkelin kriitikkoista. Viime vuonna julkaistussa seuranta-asiakirjassa hän väitti, että on liian vaikea arvioida DF2-galaksin massaa ympäröivän tähtiryhmän liikkeiden perusteella. Mutta Martin sanoo, että Danielin ja Emsellin viimeisimmät tulokset ovat vakuuttaneet hänet.
”Tästä on tullut mahdollista uusien instrumenttien ansiosta, jotka ovat saapuneet planeetan suurimmille kaukoputkille. Ja totta puhuen, vuosi sitten minulle ei ollut itsestään selvää, että tämä olisi mahdollista. Vuotta sitten en ollut valmis sanomaan, että tämä järjestelmä olisi suoraan välttämättä outo, koska minusta näytti, että tiedot eivät tukeneet mittauksia täysin. Mutta nyt, kun on olemassa kaksi eri joukkuetta, jotka ovat mitanneet itse tähteiden nopeusalueen, mielestäni on tullut ilmeiseksi, että outo on."
Danielin havainnot esitettiin Princetonin yliopistossa pimeää ainetta käsittelevässä konferenssissa, ja ne julkaistaan Astrophysical Journal Letters -lehdessä.
Kaiken kaikkiaan hänen tutkimuksensa mukaan tällaista pimeästä ainetta köyhiä galakseja on koko luokka.
Etsimään puuttuvaa ainetta
Jotkut tähtitieteilijät seuraavat aivojaan siitä, kuinka sellaiset galaksit voisivat muodostua ja mihin tumma aine meni. Boylan-Kolchinin mukaan yksi mahdollisuus on naapurimaisen, paljon suuremman galaksin painovoimaveto, joka on erotettu tummasta aineesta. Tai DF2 ja DF4 eivät ehkä ole ollenkaan galakseja, mutta galakseiksi naamioitujen vaatimaton tähtikokoelma; tässä tapauksessa nämä eristetyt tähtiryhmät voisivat muodostua törmäävistä kaasusuihkuista, jotka pakenevat muualle. Tai voi olla vielä tylsempiä skenaarioita, esimerkiksi galaksien suuntaus maapallon suhteen, mikä vaikuttaa haitallisesti niiden liikkeiden tarkkojen spektrimittausten saamiseen.
Yksi asia on varma: jos mitään vakavia epäilyjä ei ilmene, tumman aineen puuttuminen galakseissa osoittaa vakuuttavasti, että tämä aine on erotettavissa tähteistä, kaasusta, pölystä ja muusta tavallisesta aineesta. Ja se puolestaan vahvistaa argumenttia tumman aineen olemassaololle.
Tähän päivään mennessä kukaan ei ole ehdottomasti löytänyt tummaa ainetta vuosikymmenten intensiivisestä tutkimuksesta huolimatta. Todisteiden puute on johtanut eräisiin astrofysiikkoihin etsimään vaihtoehtoisia tapoja veistää galakseja ja hallita niiden liikettä hypoteesien, kuten "syntyvä painovoima" ja "modifioitu Newtonin dynamiikka", avulla. Näiden hypoteesien puolustajat väittävät, että useimmat tähtitieteilijät uskovat, että tumma aine voi olla fysiikan ilmiö, jota emme ymmärrä täysin. Mutta tässä tapauksessa nämä omituiset galaksit puhuvat sen tosiasian puolesta, että vaihtoehdot ovat vääriä ja että tumma aine voi todellakin olla syynä.
Ilja Khel