Szupergyors forgású szuperspirálisok

 

Noha mi ebből nem érzékelünk semmit, a Naprendszer szédületes sebességgel kering galaxisunk, a Tejútrendszer tömegközéppontja körül. A Nap és a környező csillagok másodpercenként mintegy 220 km-t megtéve róják pályájukat csillagvárosunkban. A Tejútrendszer azonban csak egy átlagos méretű spirálgalaxis. Vajon milyen gyorsan forognak a legnagyobb spirálisok? A Tejútrendszernél akár hússzor nagyobb tömegű galaxisoknak a csillagai még a tőlük vártnál is sokkal gyorsabban, akár 570 km/s sebességgel is keringhetnek. Az ilyen szuper-spirálgalaxisok szinte minden tekintetben rendkívüliek; tömegük mellett méretük és fényességük is jóval az átlag fölötti. A legnagyobbak átmérője 450 ezer fényévre is rúghat szemben a Tejútrendszer 100 ezer fényéves méretével. Máig csupán mintegy 100 ilyen óriást találtak a csillagászok. „A szuperspirálisok sok tekintetben rendkívüliek” – fog mondandójába Patrick Ogle, a Baltimore-i Space Telescope Science Institute munkatársa. – „Egyebek mellett ők a forgási sebességek csúcstartói is.” Ogle kutatócsoportja a déli félteke legnagyobb optikai távcsövével, a 11m főtükör-átmérőjű Dél-Afrikai SALT (Southern African Large Telescope) teleszkóppal gyűjtött adatokat ezekről a gigászokról.

A felső sorban három, a Hubble-űrtávcső által megfigyelt nagy tömegű spirálgalaxis, míg alattuk három még náluk is nagyobb tömegű szuper-spirálgalaxis a Sloan Digital Sky Survey (SDSS) megfigyeléseiből. A jobb alsó sarokban látható 2MFGC 08638 katalógusjelű spirálgalaxis a ma is mert legnagyobb tömegű mind közül. Ennek sötétanyag-halója meghaladja a 40 billió naptömeget. Forrás: HubbleSite.org/NASA/ESA/P. Ogle és J. DePasquale/SDSS.

Az elméleti számítások szerint ezek az óriásgalaxisok azért forognak gyorsan, mert rendkívül nagy tömegű sötétanyag-felhőbe, vagyis halóba ágyazódnak. Ez a láthatatlan és ismeretlen összetételű anyag csak a gravitációs hatásán keresztül nyilvánul meg a számunkra. A galaxisok forgási sebességét már régóta sötétanyag-halókkal magyarázzák. Vera Rubin végzett úttörő munkát ezen a téren, kimutatva, hogy a spirálgalaxisok jóval gyorsabban forognak annál, mint amit pusztán a fénylő anyaguk, a csillagaik, valamint a por- és gázfelhőik tömegvonzása lehetővé tenne a számukra. Valamiféle egyéb, láthatatlan anyagnak is hatással kell lennie a galaxisok forgására. Ezt az ismeretlen dolgot nevezték el sötét anyagnak.

Mindezeket figyelembe véve kiszámítható, hogy egy adott tömegű fénylő anyagot tartalmazó spirálgalaxisnak milyen gyorsan kellene forognia. Ogle kutatócsoportja azonban azt találta, hogy a szuperspirálisok még a számítottnál is lényegesen gyorsabban forognak. A szuper-spirálgalaxisok sötétanyag-halójának tömege tehát még a vártnál is nagyobb kell legyen. Az Ogle és munkatársai által megtalált legnagyobb tömegű haló legalább 40 billió naptömeget tartalmaz. Ekkora sötétanyag-haló jellemzően nem egyetlen csillagvároshoz, hanem galaxisok egész csoportjához szokott tartozni. „A jelek szerint a galaxis perdületét a sötétanyag-halójának tömege határozza meg” – fejti ki Ogle.

Érdemes megjegyezni, hogy az a megfigyelés, miszerint a szuperspirálisok forgási sebessége eltér a galaxisok szokásos fénylőanyagtömeg–perdület összefüggésétől, egy újabb érv az alternatív newtoni gravitációelméletekkel (Modified Newtonian Dynamics, MOND) szemben. A MOND úgy igyekszik megmagyarázni a galaxisok forgásában mutatkozó többletsebességet, hogy a gravitáció nagyon nagy távolságokon, a galaxisok és galaxishalmazok léptékén valamivel lassabban gyengülne a távolsággal, mint azt Newton vagy Einstein gravitációelmélete adná. Ez azt eredményezné, hogy a tömegközépponttól távolabb, a galaxisok peremvidékén a hagyományosan számítottnál erősebb gravitációs erő nagyobb forgási sebességet tenne lehetővé. Ám mivel a MOND egyenleteit úgy finomhangolták, hogy azok képesek legyenek leírni a spirálgalaxisok szokványos fénylőanyag–perdület összefüggését, így nem boldogulnak a szuper-spirálgalaxisok ezen felüli extra forgási sebességével. Ogle-ék megfigyelése azt támasztja alá, hogy nincs szükség a nem-newtoni dinamikára a spirálgalaxisok viselkedésének megmagyarázásához.

Annak ellenére, hogy ezek a világegyetem legnagyobb tömegű spirálgalaxisai, a szuperspirálisok valójában kevesebb csillagot tartalmaznak, mint amennyi a nagy tömegű sötétanyag-halójukhoz dukálna. A hatalmas mennyiségű sötét anyag talán gátolja a csillagkeletkezést. A kutatók szerint a megfigyelteknél nagyobbra már nem is nőhetnek a galaxisok. Noha nehezített körülmények között, de a szuperspirálisokban is keletkeznek azért csillagok. Nagyjából évente 30 naptömegnyi csillag jön bennük létre. Összehasonlításképp a Tejútrendszerben évi egy naptömegnyi anyag áll össze csillagokká.

Jelenleg csupán néhány ilyen óriási spirálgalaxist tudunk vizsgálni a műszereinkkel. A James Webb-űrtávcső felbocsátása változtatni fog ezen a helyzeten, hiszen jóval távolabbi galaxisóriásokat is meg lehet majd figyelni vele.

Forrás: csillagászat.hu