Wrażenie artysty z dwóch zderzających się galaktyk. Źródło zdjęcia: ESO Kliknij, aby powiększyć
Ciemna materia jest tajemniczą substancją, która wydaje się stanowić 25% masy Wszechświata. Europejscy astronomowie zmierzyli ilość ciemnej materii w kilku galaktykach i stwierdzili, że duża część z nich jest niezrównoważona; ich wewnętrzne ruchy są bardzo zaburzone. Oznacza to, że wiele galaktyk - nawet o 40% - przeszło ostatnio fuzje lub bliskie zderzenia.
Badając kilkadziesiąt odległych galaktyk, międzynarodowy zespół astronomów odkrył, że galaktyki mają taką samą ilość ciemnej materii w porównaniu z gwiazdami 6 miliardów lat temu, jak obecnie. Jeśli zostanie to potwierdzone, sugeruje to znacznie bliższą grę ciemnej i normalnej materii niż wcześniej sądzono. Naukowcy odkryli również, że aż 4 na 10 galaktyk są niezrównoważone. Wyniki te rzuciły nowe światło na to, jak galaktyki tworzą się i ewoluują, ponieważ Wszechświat miał zaledwie połowę swojego obecnego wieku.
„Może to oznaczać, że zderzenia i scalanie są ważne w tworzeniu i ewolucji galaktyk”, powiedział Francois Hammer, Obserwatorium Paryskie, Francja i jeden z liderów zespołu.
Naukowcy byli zainteresowani dowiedzieć się, w jaki sposób galaktyki znajdujące się daleko - tak widoczne, jak wtedy, gdy Wszechświat był młodszy - ewoluowały w pobliskie. W szczególności chcieli zbadać znaczenie ciemnej materii w galaktykach.
„Ciemna materia, która stanowi około 25% Wszechświata, jest prostym słowem opisującym coś, czego tak naprawdę nie rozumiemy”, powiedział Hector Flores, współprzewodniczący. „Patrząc na ruch galaktyki, wiemy, że ciemna materia musi być obecna, ponieważ w przeciwnym razie gigantyczne struktury po prostu rozpadłyby się”.
W pobliskich galaktykach oraz w naszej własnej Drodze Mlecznej astronomowie odkryli, że istnieje związek między ilością ciemnej materii a zwykłymi gwiazdami: na każdy kilogram materiału w gwieździe przypada około 30 kilogramów ciemnej materii. Ale czy ta relacja między ciemną i zwykłą materią nadal istnieje w przeszłości Wszechświata?
Wymagało to pomiaru prędkości w różnych częściach odległych galaktyk, co było dość trudnym eksperymentem: poprzednie pomiary rzeczywiście nie były w stanie sondować tych galaktyk w wystarczających szczegółach, ponieważ musieli wybrać jedną szczelinę, tj. Jeden kierunek, w całej galaktyce.
Sytuacja zmieniła się wraz z dostępnością wieloobiektowego spektrografu GIRAFFE, zainstalowanego teraz na 8,2-metrowym teleskopie jednostkowym Kueyen bardzo dużego teleskopu ESO (VLT) w Obserwatorium Paranal (Chile).
W jednym trybie, znanym jako „spektroskopia 3-D” lub „pole zintegrowane”, instrument ten może uzyskiwać jednoczesne widma mniejszych obszarów rozszerzonych obiektów, takich jak galaktyki lub mgławice. W tym celu 15 możliwych do wdrożenia wiązek światłowodów, tak zwanych Integral Field Units (IFU), por. ESO PR 01/02 służą do dokładnych pomiarów odległych galaktyk. Każda IFU jest mikroskopijnym, najnowocześniejszym dwuwymiarowym układem soczewek o aperturze 3 x 2 arcsec2 na niebie. Jest jak oko owada, z dwudziestoma mikrosoczewkami sprzężonymi z włóknami światłowodowymi prowadzącymi światło zarejestrowane w każdym punkcie pola do szczeliny wejściowej spektrografu.
„GIRAFFE na VLT ESO jest jedynym instrumentem na świecie, który jest w stanie jednocześnie analizować światło pochodzące z 15 galaktyk pokrywających pole widzenia prawie tak duże jak księżyc w pełni” - powiedział Mathieu Puech, główny autor jednego z artykułów prezentujących wyniki. „Każda galaktyka obserwowana w tym trybie jest podzielona na ciągłe mniejsze obszary, w których widma są uzyskiwane w tym samym czasie.”
Astronomowie wykorzystali GIRAFFE do pomiaru pól prędkości kilkudziesięciu odległych galaktyk, co doprowadziło do zaskakującego odkrycia, że aż 40% odległych galaktyk było „niezrównoważonych” - ich wewnętrzne ruchy były bardzo zaburzone - możliwy znak, że są wciąż pokazuje następstwa zderzeń między galaktykami.
Kiedy ograniczyli się do tylko tych galaktyk, które najwyraźniej osiągnęły równowagę, naukowcy odkryli, że związek między ciemną materią a zawartością gwiazd nie wydawał się ewoluować w ciągu ostatnich 6 miliardów lat.
Dzięki znakomitej rozdzielczości spektralnej GIRAFFE pozwala po raz pierwszy zbadać rozkład gazu w funkcji jego gęstości w tak odległych galaktykach. Najbardziej spektakularne wyniki ujawniają możliwy wypływ gazu i energii spowodowany intensywnym tworzeniem się gwiazd w galaktyce oraz gigantyczny region bardzo gorącego gazu (region HII) w galaktyce w równowadze, która wytwarza wiele gwiazd.
„Taką technikę można rozszerzyć, aby uzyskać mapy wielu fizycznych i chemicznych właściwości odległych galaktyk, umożliwiając nam szczegółowe badanie, w jaki sposób zgromadzili swoją masę przez całe życie”, powiedział Fran? Ois Hammer. „Pod wieloma względami GIRAFFE i jego wielo-zintegrowany tryb polowy daje nam pierwszy smak tego, co zostanie osiągnięte dzięki przyszłym niezwykle dużym teleskopom”.
Oryginalne źródło: ESO News Release
