Portal v vesolje

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Temna snov v galaksijah

E-pošta natisni PDF

Meritve rotacijskih krivulj galaksij in preučevanje trkov jat galaksij nakazuje na obstoj nevidne temne materije, ki predstavlja velik delež mase v vesolju.

 

Ob pogledu na slike galaksij opazimo, da so te sestavljene iz več milijard zvezd. Nekatere imajo izrazite spiralne rokave, druge izgledajo kot ogromne elipse, vmes pa opazimo še kopico galaksij nepravilnih oblik. Galaksije vidimo pod različnimi koti, nekatere, tako kot na primer galaksijo Veternica na spodnji sliki, vidimo pravokotno.

Posnetek galaksije M101 posnete s Hubblovim teleskopom. Vir: NASA

Kadar spiralno galaksijo vidimo pod pravim kotom, hitrosti vrtenja zvezd okoli središča galaksije ne moremo določiti. Sicer pa lahko iz spektra galaksije izmerimo hitrost zvezd pri posamezni oddaljenosti od njenega središča. Hitrost zvezd okrog središča galaksije je pogojena z oddaljenostjo od središča galaksije in z maso vseh zvezd, plina, prahu, planetov ter črnih lukenj, ki se nahajajo bliže središču. Tako lahko z merjenjem hitrosti zvezd izračunamo skupno maso v galaksiji. V primeru eliptičnih galaksij izmerimo razpršenost hitrosti zvezd na posamezni oddaljenosti.

Maso galaksije pa lahko ocenimo tudi drugače, namreč s štetjem zvezd v galaksiji. Svetlost galaksij je v največji meri odvisna od števila zvezd in ker vemo kako so svetlost, barva, spekter ter druge lastnosti zvezd med seboj povezane, lahko iz izsevane svetlobe ocenimo koliko mase galaksije prispevajo zvezde (zvezde lahko zares preštejemo samo za bližnje galaksije).

Iz meritev narišemo rotacijsko krivuljo, ki pove kako je hitrost kroženja odvisna od razdalje od središča. Presenetljivo se meritve ne ujemajo z vrednostmi, ki jih pričakujemo iz gravitacijskega zakona. Bližje središča galaksije odstopanj meritev ne opazimo, bolj proti robu galaksije pa se izmerjena razlika začne močno povečevati, kot prikazuje spodnja slika.

Slika rotacijske krivulje za primer spiralne galaksije, ki jasno kaže odstopanje med pričakovanimi in izmerjenimi vrednostmi. Vir: ESA/ NASA

Bolj kot se oddaljujemo od središča več je neznane nevidne snovi in za to neujemanje med meritvami in opazovanimi podatki obstajata dve možni razlagi:

1) Gravitacijski zakon moramo popraviti na skalah večjih od velikosti Osončja.

2) Mogoče obstaja nekakšna nevidna snov, nova vrsta materije v vesolju. Slednjo imenujemo temna snov.

Spiralna galaksija obdana z modro obarvanim halojem temne snovi. Vir: ESA/ NASA

Seveda takoj pomislimo, da je to samo običajna snov, ki je bodisi tako vroča, bodisi tako hladna, da je v optičnem delu svetlobnega spektra ne opazimo. Najprej so znanstveniki v iskanju manjkajoče mase prečesali celoten elektromagnetni spekter, vendar brez uspehov. Poskusili so tudi prešteti število manjših črnih lukenj in oceniti njihovo maso preko gravitacijskega mikrolečenja. Vendar vse zaman. Čeprav so znanstveniki upoštevali vse planete, črne luknje, plin in prah, problema manjkajoče mase niso mogli pojasniti.

Prikaz Andromedine galaksije posnete v različnih valovnih dolžinah. Vir: ESA/NASA

Spodnja slika prikazuje kako galaksija med nami in oddaljenim objektom popači in poveča galaksijo v ozadju. Ta učinek je odvisen od mase gravitacijske leče in na ta način lahko »stehtamo« galaksije, jate galaksij in druge masivne objekte v vesolju.

Eliptična galaksija leči galaksijo v ozadju. Vir: ESA/NASA

Znanstveniki so torej na številne načine iskali napake svojih meritev, kljub temu pa vse meritve govorijo enako: v galaksijah je mnogo več mase, kot jo prispeva vidna snov. Vendar kako vemo, da resnično gre za novo vrsto snovi? Prikladen pojav v vesolju za iskanje odgovora na to vprašanje so trki jat galaksij. Te so sestavljene iz velikega števila galaksij, med njimi pa se nahajajo ogromne količine plina. Znotraj jat so razdalje med galaksijami izjemno velike in med trkom dveh jat te le redko trčijo. Plin v jatah pa se pri tem neverjetnem dogodku stisne in močno segreje. Tako močno da seva svetlobo zelo kratkih valovnih dolžin rentgenske svetlobe. Kaj pa se pri tem zgodi z večino mase jat? Preko gravitacijskega lečenja so znanstveniki rekonstruirali porazdelitev mase v jatah po trku in ugotovili, da večina mase jat pri trku ne sodeluje. S štetjem galaksij so ocenili maso jat , ki jo prispeva vidna snov in opazili podobno kot pri merjenju rotacijske krivulje galaksij. Levji delež mase jate galaksij ne prispeva vidna snov in iz trkov jat galaksij je očitno, da ta med seboj ne reagira. Zgolj s popravki gravitacijskega zakona teh meritev ne moremo pojasniti.

Znanstveniki so odkrili serijo galaktičnih trkov v različnih fazah. Pri vseh primerih so opazili odstopanja območij močno segretega plina (na spodnjih slikah obarvano rožnato) in porazdelitev mase jat (obarvano z modro barvo).

Najprej so odkrili tako imenovano jato Izstrelek (Bullet cluster), ki jasno kaže ločen segret plin, ki oddaja rentgenske žarke in porazdelitev večine snovi posamezne jate:

Posnetek jate Izstrelek v vidnem delu spektra, kjer so vidne galaksije, z rožnato barvo je obarvan segret plin in z modro haloji temne snovi.Vir: NASA

Kasnejšo fazo trka opazimo v jati Mali izstrelek, kjer je je položaj vročega plina močno ločen od večine mase jate. Vir: NASA/ESA

Dinamiko takšnih trkov bi seveda lažje razumeli če bi jih lahko preučevali ob trkih posameznih galaksij. Vendar je v takem primeru težko z zadovoljivo natančnostjo rekonstruirati porazdelitev mase preko gravitacijskega lečenja.

V našem ogromnem vesolju pa lahko opazimo tudi trke manjših jat, kot je primer relativno bližnje jate 40-50 majhnih galaksij, katerih skupna masa ne presega naše sosede Andromede. Jati sta trčili z zelo veliko hitrostjo in celotni potek trka narekuje zgolj majhno število največjih galaksij jat. Ob rekonstrukciji položaja mase iz gravitacijskega lečenja in območij sevanja rentgenske svetlobe je njuna delitev zelo očitna.

Sestavljena slika skupine Krogla, na kateri so označene še večje galaksije v kopici. Vir: ESA

Položaj mase so rekonstruirali s pomočjo oddaljenih galaksij, na sliki jih vidimo kot majhne rdeče točke. Takšne pojave lahko zaenkrat pojasnimo samo z obstojem nevidne temne snovi. S tem posnetkom imamo dokaz o obstoju temne snovi tudi na nivoju posameznih galaksij znotraj jate.

 

Na spodnji povezavi si lahko ogledate simulacijo trka dveh jat galaksij:

https://www.youtube.com/watch?v=eC5LwjsgI4I

 

 

 

Podporniki:

     


Dan in noč
Dan in noč
Zvezdna karta
Zvezdna karta
Observatorij Črni Vrh
Luna
Trenutna faza (vir USNO):
Luna
Več o fazah in položaju
Sonce - Mauna Loa
Sonce - Mauna Loa
Sonce - SOHO
Sonce - SOHO Lasco C2 EIT 284 Lasco C3 MDI
Sončne pege
Sončne pege
Severni in južni sij
aurora

Efemeride
18.09.2019 01:48 CEST
17.09.2019 23:48 UT
Sonce vzide 06:43 
zaide 19:08 
Luna vzide 21:21 
zaide 10:40 
Planeti (vir: Spika)
Angleški portal v vesolje
Amaterska slika dneva
Amaterska slika dneva
NASA - Slika dneva
ESO - Slika tedna
Hubble - Slika tedna
Kje je ISS?
Kje je ISS?
Osončje
Osončje
Zmaga.com
Zmaga.com
META znanost
META znanost