Niektoré pozorovania vzdialených galaxií spochybňujú prevládajúce predstavy kozmológov o vesmíre a potenciálne vedú k záveru, že zvláštna látka nazývaná tmavá hmota nemusí existovať.

To je jeden z možných záverov novej štúdie uverejnenej 20. júna v časopise The Astrophysical Journal Letters. Toto zistenie "vyvoláva otázky mimoriadne zásadného charakteru", hovorí Richard Brent Tully, astronóm z Havajskej univerzity v Manoa.

Astronómovia predpokladajú, že tmavá hmota existuje kvôli spôsobu rotácie hviezd a iného viditeľného materiálu na okraji galaxie. Rýchlosti rotácie objektov vzdialených od galaktického centra sú oveľa vyššie, ako by mali byť vzhľadom na množstvo svietiacej hmoty viditeľnej v ďalekohľadoch. Podľa súčasných poznatkov fyzikov o gravitácii to znamená, že na tieto hviezdy musí mať vplyv obrovské množstvo neviditeľnej hmoty.

Nové výsledky vychádzajú zo skutočnosti, že masívne objekty deformujú štruktúru priestoru a času. Galaxie sa skladajú z obrovského množstva viditeľnej hmoty - hviezd, plynu a prachu, ako aj - podľa teórie - z obrovského hala neviditeľnej tmavej hmoty. To znamená, že svetlo sa pri prechode okolo galaxie ohýba a deformuje, čo je efekt známy ako gravitačné šošovkovanie.

S týmto vedomím sa astronóm Tobias Mistele z Case Western Reserve University v Clevelande a jeho kolegovia rozhodli pátrať po známkach gravitačného šošovkovania v okolí viacerých galaxií ako spôsobu skúmania obsahu galaxií. Tím sa pozrel na katalóg približne 130 000 galaxií, ktoré zobrazil ďalekohľad VLT Survey Telescope na observatóriu Paranal Európskeho južného observatória v Čile, a hľadal pruhy, ktoré naznačovali prítomnosť vzdialenejších galaxií, ktorých svetlo bolo ohnuté a skreslené zasahujúcimi objektmi.

 

Množstvo takýchto šošoviek poskytuje približný údaj o hmotnosti galaxií v popredí, vrátane ich žiarivej hmoty a pravdepodobne aj oveľa väčšieho množstva tmavej hmoty, ktorá obklopuje každú galaxiu. Tím potom vypočítal hmotnosť v rôznych vzdialenostiach od stredu každej galaxie a na základe toho odvodil rýchlosť, akou by hviezda obiehala v týchto vzdialenostiach.

Podľa prevládajúceho modelu kozmológie, nazývaného Lambda CDM, sa tmavá hmota vo vesmíre zoskupuje do obrovských zhlukov a ich gravitačná príťažlivosť pôsobí na viditeľnú hmotu, ktorá ďalej vytvára galaxie. Predchádzajúce pozorovania ukázali, že tieto zhluky pripomínajúce halo sa rozprestierajú najmenej stovky tisíce svetelných rokov od stredu galaxie. Za touto hranicou by sa mala rýchlosť rotácie hviezd začať spomaľovať.

Mistele a jeho kolegovia však pomocou údajov z gravitačného pozorovania vypočítali, že hviezda umiestnená státisíce svetelných rokov od stredu každej galaxie a pri väčších galaxiách aj milióny svetelných rokov od nej by sa stále otáčala príliš rýchlo vzhľadom na viditeľnú aj tmavú hmotu, o ktorej sa predpokladá, že je v galaxii prítomná.

Je teda tmavej hmoty vo vesmíre viac ako sa doteraz predpokladalo? Možno nie. Konkurenčná teória k Lambda CDM, známa ako modifikovaná newtonovská dynamika alebo MOND, sa úplne zaobíde bez konceptu tmavej hmoty a namiesto toho predpokladá, že gravitácia sa v rozmerových škálach správa inak. MOND, ktorú dlhodobo obhajuje Misteleho spoluautor Stacy McGaugh, tiež z Case Western, konkrétne predpovedá typy pozorovaní zistené v tejto štúdii.

Ale Lambda CDM ešte nie je úplne na konci. Je samozrejme prehnané tvrdiť, že sa dá skoncovať s tmavou hmotou, pretože dôkazov o nej je veľmi veľa. Napríklad rast veľkoškálových štruktúr vo vesmíre od Veľkého tresku oveľa lepšie vysvetľuje Lambda CDM ako MOND. Niektorí vedci naznačujú, že možno existujú ešte exotickejšie myšlienky v matematických modeloch gravitácie, inšpirované myslením o vyšších dimenziách, ktoré sa nachádzajú v teórii strún, ktorá by mohla vysvetliť súčasnú veľkoškálovú štruktúru vesmíru. Určité varianty takýchto myšlienok by mohli byť schopné vysvetliť údaje Mistela a jeho kolegov a zároveň revidovať úlohu tmavej hmoty.

Pozorovania z družice Euclid ESA, ktorá bola vypustená minulý rok, čoskoro poskytnú výskumníkom oveľa lepšie údaje o gravitačnom šošovkovaní, čo by mohlo vniesť viac “svetla“ do tohto tmavého problému.