Velký problém vyřešily malé a temné galaxie

Astronomové se pokusili vyřešit problém „chybějících trpasličích galaxií“ („Missing Dwarf Galaxy“) tím, že studovali populace nejtemnějších a nejméně hmotných galaxií, v nichž je soustředěno až 99 % temné hmoty. Pozorování naznačují, že problém „chybějících trpasličích galaxií“ není tak hrozný, jak se dříve myslelo a možná byl vyřešen úplně. „Vypadá to, že velmi malé a velmi slabé galaxie jsou daleko početnější, než jsme si mysleli,“ řekla Marla Geha(ová) (Plaskett Institute of Astrophysics, Kanada). „Pokud byste se mě zeptali vloni, jestli galaxie tak malé a tak temné existují, musela bych říci ne. Jsem překvapena, že tolik malinkých galaxií s převahou temné hmoty, je nyní objevováno.“

Záhada chybějících trpasličích galaxií vychází z modelu „Chladné temné hmoty“ („Cold Dark Matter“), který vysvětluje růst a vývoj vesmíru. Podle toho by velké galaxie jako Mléčná dráha měly být obklopeny „hejnem“ až několika set menších galaxií, známých jako „trpasličí galaxie“. Donedávna bylo známo jen 11 takových společníků Mléčné dráhy. Teoretici, aby vysvětlili tuto velkou nesrovnalost, navrhují, že v blízkosti Mléčné dráhy skutečně existují stovky trpasličích galaxií, ale ty většinou obsahují velmi málo hvězd, pokud vůbec nějakou. Je-li tomu tak, galaxie by byly složené téměř jen z temné hmoty - tajemného typu látky, která má gravitační účinky, ale která neprodukuje žádné světlo. Ale dokázat existenci velkého počtu téměř „neviditelných“ galaxií bylo problematické, až dosud.

Josh Simon (California Institute of Technology) a Geha(ová) použili 10m dalekohled Keck II se spektrografem DEIMOS k pozorování 8 nových trpasličích galaxií, poprvé objevených při digitální prohlídce oblohy SDSS (Sloanem Digital Sky Survey). Byla vypočítána přesná celková hmotnost každé galaxie a největším překvapením je, že jsou až 10.000krát méně hmotné než Mléčná dráha. Tím se každá galaxie dostala mezi nejmenší, vůbec kdy změřené, systémy.

„Je velmi důležité dobře porozumět formování takových malých galaxií,“ řekl Simon. „Vysvětlit, jak se tvoří hvězdy uvnitř těchto pozoruhodně malinkých galaxií, je obtížné. Stejně obtížné je předpovědět přesný počet trpaslíků, které bychom měli najít v blízkosti Mléčné dráhy. Naše práce zmenšuje propast mezi teorií Chladné temné hmoty a narůstajícím počtem pozorovaných trpasličích galaxií v Mléčné dráze. Také se dozvídáme více o vlastnostech těchto galaxií. Dnes již víme, že tyto trpasličí galaxie mohou být dokonce menší, než jsme si kdy mysleli.“

Početná, opakovaná měření 814 hvězd v osmi trpasličích galaxiích byla získána na observatoři W. M. Keck (Havaj). Bylo zjištěno, že hvězdy v těchto „trpasličích systémech“ se pohybují mnohem pomalejší než hvězdy v jiných známých galaxiích (asi 4 až 7 km/s). Pro srovnání - Slunce obíhá kolem středu Mléčné dráhy rychlostí asi 220 km/s. Celkem astronomové změřili přesnou rychlost 18 až 214 hvězd v každé galaxii, tj. přibližně 3krát více než v předchozích studiích.

„Je to důležitá studie,“ řekl Taft Armandroff, ředitel W. M. Keck Observatory, jehož vlastní výzkum zahrnuje studii trpasličích galaxií. „Je to přesvědčivý příklad, jak velké, pozemní dalekohledy mohou přesně měřit rychlosti vzdálených hvězd s přesností jen několik km/s. Předpokládám, že DEIMOS nám zanedlouho odhalí chemické složení těchto hvězd, abychom lépe pochopili, jak probíhá hvězdné formování v takových malých galaxiích.“

Některé parametry „chladné temné hmoty“ mohou pomoci srovnat teorii s pozorováními, založené na měření hmotností nových trpasličích galaxií. Simon a Geha(ová) to ještě doplnili o měření intenzivního ultrafialového záření prvních hvězd, které se tvořilo jen několik set miliónů let po Velkém třesku a které možná odfouklo všechen vodíkový plyn ven z trpasličích galaxií, které se v té době formovaly. Ztráta plynu bránila galaxiím vytvořit další nové hvězdy, proto se staly velmi slabými nebo v mnoha případech zcela temnými. Když je tento výsledek zahrnut do teoretických modelů, počty očekávaných a pozorovaných trpasličích galaxií se shodují.

„Jedním z důsledků našich výsledků je až několik set úplně temných galaxií, které by opravdu měly existovat ve vesmírném sousedství Mléčné dráhy,“ řekla Geha(ová). „Pokud jsou modely „chladné temné hmoty“ správné, musí tam být. Další výzvou pro astronomy je nalezení cesty, jak zjistit jejich přítomnost.“

Protože Sloan Digital Sky Survey pokrývá jen asi 25% oblohy, očekává se, že budoucí průzkumy zbytku oblohy objeví až 50 „temných hmot“, které jsou hlavní složkou galaxií v blízkosti Mléčné dráhy. Dalekohledy pro jeden takový průzkum (Pan – STARRS) jsou nyní na Maui ve stadiu výstavby.

Článek „Kinematics of the Ultra-Faint Milky Way Satellites: Solving the Missing Satellite Problem“ bude zveřejněn 10. listopadu v Astrophysical Journal.

Zdroj: www.astronomy.com