Astronomi su NASA-inim Svemirskim teleskopom Hubble pronašli sablasni prsten od tamne tvari, koji je u davnoj prošlosti nastao tijekom titanskog sudara dvaju masivnih galaktičkih jata.

Otkriće toga prstena je među dosad najjačim dokazima postojanja tamne tvari. Astronomi već dugo pretpostavljaju da postoji neka nevidljiva supstanca koja je izvor dodatne gravitacije koja drži na okupu galaktička jata. Takva jata bi se razletjela ako bi se oslanjala isključivo na silu težu iz vidljivih zvijezda. Premda astronomi ne znaju od čega je tamna tvar sačinjena, oni nagađaju da bi mogla biti riječ o nekoj vrsti elementarne čestice koja ispunja sav svemir.

"Ovo je prvi put da smo vidjeli tamnu tvar u nekoj jedinstvenoj strukturi, različitoj i od plina i od galaktika u jatu", kaže astronom M. James Jee, sa Sveučilišta Johns Hopkins u Baltimoreu, član tima koji je uočio prsten od tamne tvari.

Istraživači su prsten uočili neočekivano, dok su mapirali razdiobu tamne tvari unutar galaktičkog jata Cl 0024+17 (ZwCl 0024+1652), udaljenom od Zemlje 5 milijardi svjetlosnih godina. Prsten je širok 2,6 milijuna svjetlosnih godina. Premda astronomi ne mogu vidjeti tamnu tvar, oni mogu naslutiti njeno postojanje u galaktičkom jatu promatrajući kako njena gravitacija svija svjetlo udaljenijih pozadinskih galaktika.

"Premda je nevidljiva tvar već bila pronađena i u drugim galačkim jatima, nikada dosad nije primijećena ovoliko odvojena od vrelog plina i galaktika koje čine neko jato", kaže Jee. "Time što vidimo strukturu načinjenu od tamne tvari, čiji obris ne prate i galaktike i vreli plin, znači da možemo proučavati na koji se način njeno ponašanje razlikuje od onog u normalne tvari."

Tijekom analize tamne tvari koju je proveo njegov tim znanstvenika, uočeno je mreškanje tajnovite supstance, pomalo nalik valovima koji nastanu na jezeru kada u vodu padne kamen.

"Zasmetalo mi je kada sam vidio taj prsten, jer sam pomislio da je riječ o artefaktu koji bi ukazivao na pogrešku u našoj obradi podataka", tumači Jee. "Nisam mogao vjerovati rezultatima. Ali što smo se više trudili ukloniti taj prsten, to se on više isticao. Trebalo mi je više od godine dana da uvjerim sebe kako je taj prsten stvaran. Gledao sam u veliki broj jata i nikada nisam spazio ništa slično tome."

Znatiželjan saznati zašto taj prsten postoji u jatu i kako je on nastao, Jee je pronašao jedno ranije istraživanje koje je ukazivalo na to da se to jato prije 1 do 2 milijarde godina bilo sudarilo s drugim jatom. To istraživanje, koje je 2002. g. objavio Oliver Czoske iz Argelanderovog instituta za astronomiju pri Bonnskom sveučilištu, temeljilo se na spektroskopskim pormatranjima trodimezionalne građe jata. Ta je studija otkrila dvije jasno definirane grupacije u tome galaktičkom jatu, što je dalo naslutiti da je ono nastalo sudarom dvaju jata.

Astronomi vide taj sudar sprijeda, stoga što se igrom slučaja dogodio u pravcu iz kojega ga gledamo sa Zemlje. Iz naše perspektive, struktura od tamne tvari izgleda kao prsten.

Računalne simulacije sudara galaktičkih jata, koje je načinio isti tim, pokazala su da, kada se dva jata zariju jedno u drugo, tamna tvar prvo padne u središte udruženog jata, a potom se kao val odbije prema vani. Dok se tamna tvar giba prema vani, ona usporava pod gravitacijskim privlačenjem, te se nagomilava, poput automobila na zakrčenoj autocesti.

"Proučavajući ovaj sudar, u stanju smo vidjeti kako tamna tvar uzvraća na gravitaciju", kaže član tima Holland Ford sa Sveučilišta Johns Hopkins. "Priroda je za nas načinila pokus kojega ne možemo provesti u laboratoriju, a njegovi su rezultati u skladu s teorijskim modelima."

Tamna tvar sačinjava većinu materijala u svemiru. Obična tvar, od koje su sazdane zvijezde i planeti, tvori samo nekoliko postotaka materije u svemiru.

Pronalaženje tamne tvari nije laka zadaća, stoga što ona niti svijetli niti odražava svjetlo. Astronomi je mogu opaziti jedino po načinu na koji njena gravitacija utječe na svjetlo. Kako bi je pronašli, astronomi proučavaju kako slabo svjetlo iz udaljenijih galaktika biva izobličeno i razmazano u lukove i pruge gravitacijom tamne tvari u nekom nama bližem galaktičkom jatu. Taj moćni trik naziva se gravitacijskom lećom. Mapirajući to izobličeno svjetlo, astronomi mogu saznati kolika je masa jata i razlučiti obris tamne tvari raspoređene po njemu.

"Sudar između ovih dvaju galaktičkih jata stvorio je mreškanje u tamnoj tvari koje je ostavilo jasan 'otisak stopala' u oblicima pozadinskih galaktika", protumačio je Jee. "Bilo je to nalik gledanju šljunka na dnu ribnjaka, kroz valove na njegovoj površini. Oblici pojedinih kamenova mijenjaju se kako valovi prelaze preko njih. Tako i pozadinske galaktike iza prstena pokazuju dosljedne promjene u svojim oblicima usljed postojanja toga gustog prstena."

Jee i njegovi kolege su uporabili Hubbleovu ACS-u kako bi uočili blijede, izobličene, daleke galaktike iza jata, koje se ne može razlučiti teleskopima na tlu. "Hubbleove izuzetne fotografije i osjetljivost na blijede galaktike kakvoj nema ravne, čini ga jedinim alatom za takva mjerenja", kaže član tima Richard White, iz STScI-ja u Baltimoreu.

Ranija promatranja jata "Metak" koja su poduzeta Hubbleom i Chandrom, pružila su pogled sa strane na sličan susret dvaju galaktičkih jata. U tome sudaru, tamna tvar je bila odvojena od vrelog plina u jatu, no ona još uvijek prati raspored galaktika u jatu. Cl 0024+17 je prvo jato koje je pokazalo razdiobu tamne tvari koja se razlikuje od razdiobe i galaktika i vrelog plina.

Animacija prikazuje simulaciju sudara dvaju galaktičkih jata.

Vidi i 9610!

[NASA, ESA, M.J. Jee and H. Ford (Johns Hopkins University)]