Galaktyka Karzeł Smoka pomaga rozwiązać tajemnicę ciemnej materii
Właściwości i zachowanie ciemnej materii, niewidzialnego „spoiwa” Wszechświata, nadal owiane są tajemnicą. Najnowsze obserwacje karłowatej galaktyki sferoidalnej Karzeł Smoka przybliżają do jej odkrycia.
Chociaż galaktyki składają się głównie z ciemnej materii, zrozumienie jej rozmieszczenia w tych obiektach oferuje astronomom wskazówki dotyczące tego, czym jest ta substancja i jakie ma znaczenie dla ewolucji tego typu struktur.
Podczas gdy symulacje komputerowe sugerowały, że ciemna materia powinna gromadzić się w centrum galaktyk, zwanym „punktem gęstości”, wiele wcześniejszych obserwacji teleskopowych wskazywało, że jest ona bardziej równomiernie rozproszona w tych obiektach. Przyczyna tej różnicy, między modelem a obserwacjami stanowiła zagadkę dla astronomów, jeszcze bardziej pogłębiając tajemnicę ciemnej materii.
Astronomowie NASA, wykorzystali Kosmiczny Teleskop Hubble’a, aby spróbować wyjaśnić tę zagadkę, mierząc dynamiczne ruchy gwiazd w galaktyce karłowatej Karzeł Smoka, układzie znajdującym się około 250 tysięcy lat świetlnych od Ziemi. Wykorzystując obserwacje trwające 18 lat, udało im się zbudować najdokładniejsze trójwymiarowe zrozumienie ruchów gwiazd w tej niewielkiej galaktyce. Wymagało to przeszukania prawie dwóch dekad archiwalnych obserwacji galaktyki Karzeł Smoka wykonanych przez Hubble’a. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Astrophysical Journal.
„Nasze modele są bardziej zgodne ze strukturą przypominającą kolec, co jest zgodne z modelami kosmologicznymi. Chociaż nie możemy definitywnie stwierdzić, że wszystkie galaktyki zawierają rozkład ciemnej materii podobny do szpikulca, ekscytujące jest posiadanie tak dobrze zmierzonych danych, które przewyższają wszystko, co mieliśmy wcześniej” – mówi powiedział Eduardo Vitral z Space Telescope Science Institute (STScI).
Aby dowiedzieć się więcej o ciemnej materii w galaktyce, naukowcy mogli przyjrzeć się jej gwiazdom i ich ruchom, które są zdominowane przez jej przyciąganie. Powszechnym podejściem do pomiaru prędkości obiektów poruszających się w przestrzeni kosmicznej jest efekt Dopplera – obserwowana zmiana długości fali światła, gdy gwiazda zbliża się lub oddala od Ziemi. Jednak jest to tylko jednowymiarowe źródło informacji.
Oprócz zbliżania się lub oddalania od obserwatora, gwiazdy poruszają się również po niebie, co jest mierzone jako ich ruch właściwy. Łącząc prędkość widzenia z ruchem właściwym, astronomowie stworzyli bezprecedensową analizę trójwymiarowych ruchów gwiazd.
„Ulepszenia danych i ulepszenia modelowania zwykle idą w parze. Jeśli nie masz bardzo wyrafinowanych danych lub masz je tylko jednowymiarowe, wówczas stosunkowo proste modele mogą często pasować. Im więcej wymiarów i złożoności gromadzisz, tym bardziej złożone muszą być twoje modele, aby naprawdę uchwycić wszystkie subtelności” – wyjaśnia Roeland van der Marel z STScI.
Ponieważ wiadomo, że galaktyki karłowate mają większą zawartość ciemnej materii niż inne typy galaktyk, badacze skupili się na karłowatej galaktyce sferoidalnej Karzeł Smoka, która jest stosunkowo małym satelitą galaktyki Drogi Mlecznej.
„Podczas pomiaru ruchów właściwych odnotowujemy pozycję gwiazdy w danej epoce, a następnie wiele lat później mierzymy jaki wykonała ruch. Badamy przemieszczenie, aby określić, jak bardzo się poruszyła. W przypadku tego rodzaju obserwacji, im dłużej się czeka, tym lepiej można zmierzyć przesunięcie gwiazd” – tłumaczy Sangmo Tony Sohn z STScI.
Naukowcy przeanalizowali przesunięcia gwiazd w latach 2004-2022 – obszerną linię bazową, którą mógł zaoferować tylko Hubble, ze względu na połączenie ostrego, stabilnego widzenia i rekordowego czasu działania. Archiwum danych teleskopu pomogło zmniejszyć poziom niepewności w pomiarach ruchów właściwych gwiazd. Precyzja jest równoważna pomiarowi rocznego przesunięcia nieco mniejszego niż obiekt o wielkości około 7 centymetrów widzianego na Księżycu z Ziemi.
Dzięki trzem wymiarom danych astronomowie zmniejszyli liczbę założeń stosowanych w poprzednich badaniach i uwzględnili cechy charakterystyczne galaktyki – takie jak jej rotacja oraz rozmieszczenie gwiazd i ciemnej materii.
Metodologie i modele opracowane dla galaktyki Karzeł Smoka mogą być w przyszłości wykorzystane do badania innych galaktyk. Naukowcy już analizują obserwacje Hubble’a galaktyk Karzeł Rzeźbiarza i Karzeł Małej Niedźwiedzicy.
Emil Gołoś
