Sötét anyag uralja a magányos galaxis szívét

 

A NASA Chandra röntgenobszervatóriumának adatai alapján egy több milliárd évig elszigetelt, a magjában a vártnál sokkal több sötét anyaggal rendelkező galaxist azonosítottak a Kaliforniai Egyetem kutatói.

A Markarian 1216 (Mrk 1216) jelzéssel ellátott galaxisban vannak csillagok, amelyek majdnem egyidősek a Világegyetemmel. A kutatók rájöttek, hogy ez a csillagváros más evolúciós utat járt be, mint egy átlagos galaxis mind a csillagok, mind a láthatatlan sötét anyag szempontjából, ami gravitációja révén egyben tartja. A sötét anyag a Világegyetem anyagának mintegy 85 százalékát teszi ki, ennek ellenére csak közvetett módon érzékelhető.

Az Mrk 1216 jelzésű galaxis a Chandra röntgenobszervatórium felvételén (balra), illetve a Hubble-teleszkóp képén (jobbra). (Forrás: NASA/CXC/Univ. of CA Irvine/D. Buote (röntgen); NASA/STScI (optikai))

Az Mrk 1216 az elliptikus galaxisok családjába tartozik, amelyek jellemzője, hogy központjukban sokkal sűrűbben helyezkednek el a csillagok, mint más galaxisokéban. A csillagászok szerint vöröses, kompakt galaxisokból, úgynevezett „vörös rögökből” (az angol szakkifejezés: “red nuggets”) származnak, amelyek az Ősrobbanás után egymilliárd évvel alakultak ki, majd 10 milliárd éve megállt a növekedésük.

Ha ez a magyarázat helytálló, akkor az Mrk 1216-ban és galaxistestvéreiben található sötét anyagnak is sűrűnek kell lennie. Az elképzelés tesztelését a csillagászok azzal kezdték, hogy megvizsgálták az Mrk 1216 központjától különböző távolságokra lévő forró gáz röntgensugárzását és hőmérsékletét. Így meg tudták határozni, mennyi sötét anyag van a galaxis közepén.

„Amikor összehasonlítottuk a Chandra adatait a számítógépes modelljeinkkel, azt találtuk, hogy sokkal nagyobb koncentrációban kell lennie benne a sötét anyagnak, mint más, hasonló tömegű galaxisokban.” – mondta David Buote (Kaliforniai Egyetem). „Eszerint az Mrk 1216 története különbözik az átlagos galaxisokétól. Lényegében minden csillaga és sötét anyaga már régen összeállt, és az elmúlt 10 milliárd évben csak kevéssel gazdagodott.”

Az új elmélet szerint az Mrk 1216 központja körül az Ősrobbanás után három- vagy négymilliárd évvel kialakult egy sötét anyagból álló halo. E halo kiterjedésének nagyobbnak kellene lennie, mint a galaxis csillagai által elfoglalt térrész. A ma ismert elliptikus galaxisok széles körére jellemző, hogy vörös rög galaxisokból alakultak ki. Az Nrk 1216-al ellentétben a legtöbb óriás elliptikus galaxis fokozatosan egyre nagyobb lett, ahogy kisebb galaxisok egyesültek velük.

„Az Mrk 1216-hoz hasonló kompakt elliptikus galaxisokban lévő csillagok idős kora és sűrű elhelyezkedése az első kulcsfontosságú bizonyíték arra, hogy ezek a nagy távolságokban látott vörös rög galaxisok leszármazottai.” – mondta Aaron Barth (Californiai Egyetem). „Úgy gondoljuk, hogy a sötét anyagból álló halo kompakt mérete ezt az elméletet támogatja.”

A csillagászok korábban úgy gondolták, hogy az Mrk 1216-ban lévő szupernehéz fekete lyuk sokkal nagyobb tömegű, mint ami egy hasonló galaxisban várható. A legújabb kutatás eredménye azonban az, hogy a fekete lyuk tömege nagy valószínűséggel nem éri el a Nap tömegének négymilliárdszorosát. Ez soknak hangzik, de nem szokatlan egy olyan galaxis esetében, mint az Mrk 1216.

A kutatók a galaxis központjában lévő szupernehéz fekete lyuk kitöréseire is kerestek bizonyítékot. Találtak olyan jeleket, amelyek a forró gázban lévő üregekre utalnak. Ilyeneket észleltek már korábban más nagy tömegű galaxisokban és galaxishalmazokban, például a Perseus-galaxishalmazban is, de további adatokra van szükség a megerősítésükhöz.

Az Mrk 1216 adatai a sötét anyaggal kapcsolatban is hasznos információkkal szolgálnak. Mivel a sötét anyagot közvetlenül még sosem figyelték meg, egyes kutatók még a létezését is kétségbe vonják. Buote és Barth mind a standard newtoni gravitációs modell, mind pedig a sötét anyag szükségességét kizáró, módosított newtoni dinamika alapján értelmezte a Chandra adatait. Az eredmények azt mutatták, hogy mindkét gravitációs elmélet rendkívüli mennyiségű sötét anyagot feltételez az Mrk 1216 központjában, így szükségtelenné vált a módosított newtoni dinamika nyújtotta magyarázat.

„Remélhetőleg a jövőben még egy lépéssel tovább mehetünk, és megvizsgálhatjuk a sötét anyag természetét.” – mondta Buote. „A sötét anyag sűrűsödése az Mrk 1216 központjában érdekes próba elé állítja a nem hagyományos teóriákat, amelyek kevésbé koncentrált sötét anyagot jósolnak, például olyan sötét anyag részecskék feltételezésével, amelyek a gravitáción kívül más módon is kölcsönhatnak.”

Az eredményeket közlő tanulmány a The Astrophysical Journal 2019. május 29-i számában jelent meg, és online is elérhető.

Forrás: NASA