Pirmieji duomenys, kuriais remiantis buvo nuspręsta, kad egzistuoja kažkokia nežinoma, nematoma ir iki šiol tiesiogiai neaptikta tamsioji materija, pradėjo plūsti stebint artimiausių galaktikų sukimosi greitį. Tie duomenys parodė, kad žvaigždės galaktikose sukasi smarkiai per greitai, nei būtų įmanoma, jei tos galaktikos būtų sudarytos vien iš regimos medžiagos.
Pirmieji duomenys, kuriais remiantis buvo nuspręsta, kad egzistuoja kažkokia nežinoma, nematoma ir iki šiol tiesiogiai neaptikta tamsioji materija, pradėjo plūsti stebint artimiausių galaktikų sukimosi greitį. Tie duomenys parodė, kad žvaigždės galaktikose sukasi smarkiai per greitai, nei būtų įmanoma, jei tos galaktikos būtų sudarytos vien iš regimos medžiagos, rašo arstechnica.com.
Bet pažvelgus toli į praeitį – į milijardų metų senumo istoriją, kuomet pati Visata buvo ankstyvoje jaunystėje (jai dabar apie 13,7 mlrd. metų) astronomai pastebėjo šį tą keisto: tuo metu, kai itin aktyviai gimdavo naujos žvaigždės ir formuodavosi jaunos galaktikos, galaktikų sukimuisi paaiškinti jokios tamsiosios materijos nereikėjo. Tiesa, nors galima prigalvoti gana nemažai įvairių paaiškinimų, dėl ko tamsiosios medžiagos jaunutėse galaktikose nėra, faktas aiškus: mažų mažiausia, ką teks pakeisti – tai ankstyvosios Visatos galaktikų modelius. Mokslininkus sudomino „galaktikų sukimosi kreivės“.
Šios kreivės parodo greičio, kuriuo sukasi žvaigždės, ryšį su jų atstumu nuo galaktikos centro. Jeigu galaktikoje egzistuotų vien įprastinė, regima medžiaga, teoriškai prognozuoti tai, ką pamatysime, būtų nesudėtinga. Arti galaktikų centro žvaigždės jaustų tik nedidelės dalies visos galaktikos masės poveikį ir dėl to suktųsi santykinai iš lėto. Jei jos suktųsi bent kiek greičiau – išlėktų į tolimesnę orbitą nuo centro. O tolstant nuo centro žvaigždžių sukimosi greitis iš tiesų greitėja, žvaigždes veikia vis didesnė bendros galaktikos masės dalies sukeliama gravitacija. Tačiau ilgainiui pasiekiamas taškas, nuo kurio sukimosi greitis vėl mažėja – taip yra dėl to, kad gravitacijos poveikį pradeda mažinti atstumas.
Dar toliau – ir žvaigždes galaktikos gravitacija pradeda veikti taip silpnai, kad bent kiek didesnis sukimosi greitis reikštų atitrūkimą nuo galaktikos ir pasiklydimą tuščiose tarpgalaktinėse erdvėse. Tiesa, artimiausioje kaimynystėje esančių galaktikų elgesys tokios prognozės, sudarytos vertinant vien regimos materijos gravitacinį poveikį, pasirodo esančios klaidingos.
Greičio kreivės auga panašiai, kaip ir tikėtasi, tačiau pasiekus tašką, kuriame sukimosi greitis turėtų pradėti kristi, jos nesileidžia – išaugęs žvaigždžių sukimosi greitis išlieka daugiau ar mažiau stabilus iki pat tolimųjų galaktikos pakraščių. Vienas, iki šiol dominuojantis tokio sukimosi greičio paaiškinimas – kad regima medžiaga galaktikose sudaro tik nedidelę visos tikros galaktikos masės dalies. Likusią dalį turėtų sudaryti kažkokia tamsi materija, kurios gravitacinis poveikis siekia gerokai toliau.
Tamsiosios materijos gravitacinis poveikis paaiškintų, dėl ko žvaigždžių sukimasis nelėtėja galaktikų pakraščiuose – iš tiesų tie pakraščiai yra kur kas toliau, tik jie nėra matomi. Tamsiosios materijos įtaka pastebėta analizuojant ir kitus kosmoso reiškinius, tad astronomai šventai įsitikinę, kad ši iki šiol taip niekada ir nepamatyta, tik gravitaciniu poveikiu pasižyminti medžiaga iš tiesų egzistuoja. Manoma, kad būtent tamsioji materija atliko daugumos galaktikų susiformavimo katalizatoriaus vaidmenį. Kompiuteriniai modeliavimai rodo, gravitacinės jėgos tamsiąją materiją sutraukia į milžiniškus kosminius siūlus, o galaktikos dažniausiai įsikuria taškuose, kur tie siūlai susikerta. Tai paaiškina ir dėl ko daugelis mūsų dabar matomų galaktikų yra susibūrę į spiečius. Tad pagal šio modelio duomenis nesunku daryti prielaidą, kad tamsiosios materijos kondensacija į galaktinius diskus įvyko anksčiau ar tuo pačiu metu, kaip ir regimosios medžiagos.
Tuo tarpu naujųjų tyrimų duomenys sako visiškai kitaip. Tyrimo autoriai, pasinaudoję jau turimais galaktikų stebėjimo duomenimis, identifikavo šešias stambias jaunas galaktikas, kuriose žvaigždžių kiekis buvo labai gausus, tačiau susijungimo su kitomis galaktikomis požymių nenustatyta. Manoma, kad tokios galaktikos ilgainiui tapo panašiomis į mūsiškį Paukščių taką, bet jau savo ankstyvame formavimosi laikotarpyje buvo pakankamai didelės, kad būtų įmanoma nustatyti pakankamai patikimą žvaigždžių sukimosi greičio kreivę. Sukimosi greitis buvo nustatinėjamas taikant vandenilio šviesos emisijos raudonojo ir mėlynojo poslinkio matavimus.
Stebėjimas buvo atliekamas Europos pietinės observatorijos teleskopu „Very Large Telescope“. Sukimosi kreivės parodė šį tą netikėto: tolstant nuo galaktikos centro už regiono, kuriame žvaigždžių greitis pasiekė maksimumą, tas sukimosi greitis ne stabilizavosi, kaip galima būtų tikėtis laikantis prielaidos, kad galaktiką sutraukė tamsioji materija, o atrodė taip, kaip galima būtų prognozuoti, jeigu būtų modeliuojama be tamsiosios materijos.
Galaktikų elgesio modeliavimai patvirtino ir kiekybiškai įvertino šią idėją: žvaigždžių greičių kreives galima atkartoti panaudojant minimalų tamsiosios materijos komponentą. Tad tyrimo autoriai pradėjo ieškoti alternatyvaus tokių stebėjimo duomenų paaiškinimo – galbūt gravitacinį poveikį „paskolino“ kokia nors kaimyninė galaktika, gal stebimųjų galaktikų orbitoje sukosi kokios nors nykštukinės galaktikos. Tačiau šios versijos buvo atmestos. Be to, sukimosi greičio mažėjimas atrodė simetriškas aplink visas stebimas galaktikas, tad teko atmesti visus lokalaus gravitacinio poveikio veiksnius.
Lyginant šių senovinių jaunučių galaktikų stebėjimo duomenis su artimesnių, vyresnių galaktikų duomenimis padaryta išvada, kad kuo toliau nuo mūsų erdvėje ir laike, tuo mažiau tamsiosios materijos būna galaktikose. Kyla didelė pagunda šiuos tyrimo duomenis vertinti kaip prieštaraujančią visai tamsiosios materijos idėjai. Tačiau būtina paminėti, kad pagrindinė šiuo metu turima alternatyva tamsiajai materijai – modifikuotos gravitacijos teorijos versijos – situacijos taip pat nepaaiškintų, nes šios teorijos prognozuoja gravitacijos pokyčius per atstumą, bet ne per laiką. Bet naujojo mokslinio darbo autoriai rankų nenuleido ir pasiūlė net keletą savo duomenų paaiškinimo variantų.
Pagal vieną variantą ankstyvosiose galaktikose yra labai daug dujų, o šie dujų debesys gali patirti kokius nors vietinius nestabilumus ar tarpusavio susidūrimus. Dėl to materija vidiniuose galaktikos regionuose susitrauktų ir susidarytų tokie galaktikos regionai, kuriuose dominuoti regimoji materija. Kitas variantas aiškina, kad tamsioji materija veikia ne kaip lokalizuotos galaktikų sėklos, apie kurias susisuka regima medžiaga, o kaip materija, kuri iš pradžių būna stipriai išskydusi erdvėje, tačiau tik bėgant laikui sudaro disko formos struktūrą, atkartojančią regimosios galaktikos sandarą.
Abu variantai pakankamai gerai paaiškintų regimosios medžiagos dominavimą. Bet ar tai neprieštarautų ankstesniems modeliavimams, rodantiems, kad galaktikos formuojasi kosminių tamsiosios materijos siūlų susikirtimo vietose? Autoriai įvertino ir šią versiją bei nustatė, kad tų modeliavimų raiška paprastai nėra pakankamai didelė, kad parodytų, kas vyksta atskirų galaktikų viduje. Tad nors jeigu pagal modeliavimus atrodo, kad siūlų susikirtimuose yra didelė tamsiosios materijos koncentracija, negalima pasakyti ar ta materija kondensuojasi į diskus tuo pačiu metu, kai formuojasi galaktikos.
Kitaip tariant, naujasis tyrimas duos daug peno didesnės raiškos galaktikos modeliuotojams. O jau pagal jų gautus duomenis galėtume bandyti aiškintis, kodėl kai kuriose galaktikose tamsiosios medžiagos stinga.
Mokslinį darbą publikavo žurnalas „Nature“.
