Sciencemag.cz
Doporučujeme
Fyzikové z MIT měřením rychlosti hvězd v celé galaxii Mléčná dráha zjistili, že hvězdy vzdálenější od galaktického disku se pohybují pomaleji, než se očekávalo, ve srovnání s hvězdami, které jsou blíže středu Galaxie. Tato zjištění přinášejí možnost, že gravitační jádro Mléčné dráhy může být lehčí a obsahovat méně temné hmoty, než se dosud předpokládalo.
Nové výsledky jsou založeny na analýze dat pořízených přístroji Gaia a APOGEE, tedy kombinují dalekohled na oběžné dráze a pozemní průzkum.
Fyzikové analyzovali měření více než 33 000 hvězd provedená sondou Gaia, včetně některých nejvzdálenějších hvězd v galaxii, a určili oběžnou rychlost každé hvězdy. Pak vynesli rychlost každé hvězdy do grafu v závislosti na její vzdálenosti od jádra a vytvořili tak rotační křivku – běžně používaný typ grafu, který znázorňuje, jak rychle rotuje hmota v dané vzdálenosti od středu galaxie. Tvar této křivky může vědcům poskytnout představu o tom, kolik viditelné a temné hmoty je v Galaxii rozloženo.
„Co nás opravdu překvapilo, bylo, že tato křivka zůstala do určité vzdálenosti plochá a pak začala klesat,“ uvedla spoluautorka studie Lina Necib z MITu. „To znamená, že vnější hvězdy rotují o něco pomaleji, než se očekávalo, což je velmi nečekaný výsledek.“
Tým převedl novou rotační křivku na rozložení temné hmoty, které by mohlo vysvětlit zpomalení vnějších hvězd. Zjistilo se, že z výsledné mapy vychází lehčí galaktické jádro, než se očekávalo. To znamená, že střed Mléčné dráhy může být méně hustý, s menším množstvím temné hmoty, než se vědci dosud domnívali. Tento výsledek je ale v rozporu s jinými měřeními.
Mléčná dráha se stejně jako většina galaxií ve vesmíru točí jako voda ve víru a její rotace je částečně poháněna veškerou hmotou, která víří v jejím disku. Jak známo, v 70. letech 20. století astronomka Vera Rubin jako první pozorovala, že galaxie rotují způsobem, který (podle všeho) nemůže být poháněn pouze viditelnou hmotou. Spolu se svými kolegy měřila oběžné rychlosti hvězd a zjistila, že výsledné rotační křivky jsou překvapivě ploché. To znamená, že rychlost hvězd zůstávala v celé galaxii stejná, místo aby se vzdáleností klesala. Došli k závěru, že na vzdálené hvězdy musí působit nějaký jiný typ neviditelné hmoty, která jim dodává dodatečný impuls.
Od té doby astronomové pozorovali podobné ploché křivky ve vzdálených galaxiích, což přítomnost temné hmoty dále potvrzuje (poznámka PH: alespoň v určité interpretaci).
V roce 2019 pracovala Anna-Christina Eilers z MITu na zmapování rotační křivky Mléčné dráhy s využitím dřívější dávky dat z družice Gaia. Data zahrnovala hvězdy vzdálené až 25 kiloparseků, tedy asi 81 000 světelných let, od středu Galaxie.
Na základě těchto údajů Eilers pozorovala, že rotační křivka Mléčné dráhy se zdá být plochá, i když s mírným poklesem, podobně jako u jiných vzdálených galaxií. Z toho se dalo vyvodit, že galaxie pravděpodobně obsahuje ve svém jádru vysokou hustotu temné hmoty. Tento názor se však nyní změnil, protože dalekohled Gaia zveřejnil novou dávku dat, tentokrát zahrnující hvězdy vzdálené až 30 kiloparseků (téměř 100 000 světelných let od jádra Galaxie).
„V těchto vzdálenostech se už dostáváme přímo na okraj galaxie, kde hvězdy začínají ubývat,“ říká spoluautorka studie Anna Frebel. „Nikdo dosud nezkoumal, jak se hmota pohybuje v této vnější části galaxie, kde se nacházíme už vlastně v nicotě.“
Vědci se nyní vrhli na nová data a chtěli rozšířit původní rotační křivku, jak ji stanovila A. Elliers. Aby svou analýzu zpřesnili, doplnili tým data z observatoře Gaia o měření APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment), který měří extrémně podrobné vlastnosti více než 700 000 hvězd v Mléčné dráze, jako je jejich jasnost, teplota a chemické složení.
Tým zjistil přesné vzdálenosti více než 33 000 hvězd a na základě těchto měření vytvořil trojrozměrnou mapu hvězd rozptýlených po Mléčné dráze do vzdálenosti přibližně 30 kiloparseků. Tuto mapu pak zahrnuli do modelu, aby simulovali, jak rychle se musí pohybovat kterákoli hvězda vzhledem k rozložení všech ostatních hvězd v galaxii. Poté zakreslili rychlost a vzdálenost každé hvězdy do grafu a vytvořili aktualizovanou rotační křivku Mléčné dráhy.
„A tady se objevily ty podivnosti,“ říká L. Necib. Místo mírného poklesu jako u předchozích rotačních křivek tým pozoroval, že nová křivka se na vnějším konci propadá silněji, než se očekávalo. Tento nečekaný pokles naznačuje, že zatímco do určité vzdálenosti se hvězdy mohou pohybovat stejně rychle, v nejvzdálenějších místech náhle zpomalují. Hvězdy na okraji se tedy pohybují pomaleji, než se očekávalo.
Když tým převedl tuto rotační křivku na množství temné hmoty, které musí existovat v celé Galaxii, zjistil, že jádro Mléčné dráhy může obsahovat méně temné hmoty, než se dříve odhadovalo.
Skutečné pochopení tohoto výsledku může mít hluboké důsledky. Mohlo by to vést k odhalení dalších zdrojů temné hmoty těsně za okrajem galaktického disku nebo k přehodnocení stavu rovnováhy naší Galaxie.
Xiaowei Ou et al, The dark matter profile of the Milky Way inferred from its circular velocity curve, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI: 10.1093/mnras/stae034
Zdroj: Massachusetts Institute of Technology; Jennifer Chu: Stars travel more slowly at Milky Way’s edge: Galaxy’s core may contain less dark matter than previously estimated. MIT News / Phys.org, přeloženo / zkráceno
Formulace „rotace je poháněna hmotou“ mi přijde nešťastný. Navozuje představu, že je k udržení rotace potřeba vynakládat energii, což je přesně naopak. K zastavení rotace by bylo nutno vynaložit energii. V originále zprávy jde o slovo „driven“, což bych přeložil spíše jako způsobena/určena. Částečně je na vině asi i originál, protože automatické překlady k jiné formulaci než „poháněna“ musíte donutit.
zpusobena, ano, ale uz nebudu vrtat do toho, tim by zase pozbyl smyslu komentar… mavic i „pohanena“, protoze kdyby okolni hmota zmizela, hvezda by pokracovala v rovnomerne primocarem pohybu, nikoliv v rotacnim, ne?
Jasně. Přestřižení lana, na kterém se otáčí závaží (jako třeba u boly) taky způsobí, že závaží přestane rotovat. Určitě ale neřekneme, že ono lano celou soustavu pohání. Rotace boly je udržována prostou setrvačností a tuhostí a pevností lana. Poháněna je třeba člověkem, když musí kompenzovat ztrátu energie rozptylem.
V případě gravitace je dle Einsteinovy teorie přece navíc vazba na zachování ještě silnější, protože si galaxie sama vytváří „mísu ve které krouží“.
Z textu mám pocit jakoby se popisoval pohyb planet Newtonovským univerzálním časem. V každém bodě popisovaného prostoru ale možná běží čas jinak, ovlivněn gravitačními silami, které zakřivují i čas. Hodiny blíže středu galaxie tikají pomaleji.