4 Minuten
Tamsiosios medžiagos vaidmuo galaktikų raidoje
Galaktikos – sudėtingos kosminės struktūros, kuriose slypi kur kas daugiau nei tik matomų žvaigždžių spindesys. Pačioje šio sudėtingumo šerdyje glūdi tamsioji medžiaga – paslaptinga, nematoma substancija, kuri lemia pagrindinius galaktikų atsiradimo ir vystymosi procesus. Dar gerokai prieš pirmųjų žvaigždžių užsidegimą Visatoje, tamsioji medžiaga pradėjo telktis ir, veikdama savo gravitacija, traukė paprastąją (barioninę) medžiagą. Taip susidarė nematomas rėmas, vadinamas „tamsiosios medžiagos halo“, kuriame vėliau susiformavo tokios galaktikos kaip mūsų Paukščių Takas.
Šiuolaikiniai astronominiai tyrimai parodė, kad beveik kiekvieną galaktiką supa milžiniški tamsiosios medžiagos halai. Jie tęsiasi toli už galaktikos regimųjų ribų, veikdami kaip kosminiai inkarai ir neleisdami žvaigždėms ištrūkti į tarpgalaktinę erdvę, nepaisant jų spartaus judėjimo. Nuolatinė sąveika tarp tamsiosios ir paprastosios medžiagos lemia galaktikų dinamiką bei evoliuciją.
Ilgą laiką dauguma tyrimų buvo orientuoti tik į tai, kaip tamsioji medžiaga įtakoja barioninę medžiagą. Tačiau naujausi moksliniai darbai pradėjo tyrinėti atvirkštinį procesą: ar įmanoma, kad paprastoji medžiaga – ypač žvaigždės ir dujos spiralinėse galaktikų rankose – paveiktų ir pačią tamsiąją medžiagą?
Abipusis šokis: spiralės ir tamsiosios medžiagos sąveika
Spiralinės galaktikos, tokios kaip Paukščių Takas, lengvai atpažįstamos dėl įspūdingų, žvaigždėmis ir dujomis nusėtų rankų. Nors jos atrodo kaip grakščios žvaigždžių bei dujų bangos, astronomai spiralines rankas interpretuoja kaip slėgio bangas arba „eismo kamščius“ – vietas, kuriose materija laikinai susitelkia, judėdama apie galaktikos branduolį.
Naujausi pažangūs skaitmeniniai modeliavimai atskleidė netikėtą reiškinį: tamsioji materija gali susidėti į spiralines formas, kurios tarsi šešėliai egzistuoja galaktikos halo apylinkėse. Mokslininkai šias subtilias „tamsiąsias spirales“ aptiko stebėdami gravitacinius pėdsakus, kuriuos palieka matomos spiralės modeliuotuose galaktikose. Menininkų kūriniuose hipotetinės tamsiosios spiralės pavaizduotos kaip žali kontūrai žiūrint į Paukščių Taką iš šono ar iš viršaus.
Šio atradimo teoriniai pamatai siekia dar 1943 metus, kai Nobelio laureatas Subrahmanyan Chandrasekhar aprašė „dinaminį trintį“ – procesą, kai masyvus objektas, judėdamas per daugybės lengvesnių dalelių debesį, sukuria gravitacinį pėdsaką, lėtinantį jo judėjimą. Būtent šis efektas lemia, kad kai kurios žvaigždžių bei palydovinių galaktikų orbitos su laiku spirališkai artėja prie pagrindinės galaktikos.
Šių teorijų įkvėptas Barselonos universiteto doktorantas Marcelis Bernet iškėlė klausimą: ar ryškios, besisukančios galaktikos spiralės rankos gali sukelti gravitacinius atgarsius tamsiosios medžiagos halo viduje?
Skaitmeniniai modeliavimai atskleidžia tamsiosios medžiagos „šešėlius“
Metodika ir tyrimo eiga
Tam, kad atsakytų į šį klausimą, Bernet su kolegomis pasitelkė aukštos raiškos galaktikų modeliavimą – pažangius įrankius, leidžiančius stebėti kosminę evoliuciją per milijardus metų. Prižiūrėdami, kaip kompiuteriu modeliuojamos žvaigždės, dujos ir tamsioji medžiaga sąveikauja, mokslininkai ieškojo subtilių tamsiosios medžiagos pavyzdžių – spiralės formos struktūrų, truputį atsiliekančių nuo regimųjų galaktikos rankų.
Įspūdingai, tokių tamsiosios medžiagos spiralinių struktūrų buvo aptikta daugelyje nepriklausomų simuliacijų, kas įrodo, kad šis reiškinys būdingas daugumai spiralinių galaktikų, nepriklausomai nuo modeliuotų sąlygų ar naudojamo kodo. Tamsioji spiralė yra daug silpnesnė nei žvaigždinė, tačiau jos įtaka pastebima tamsiosios medžiagos dalelių judėjime.
Ekspertų įžvalgos ir mokslinė reikšmė
Nors ankstesniuose modeliuose buvo nuvertinama paprastosios (barioninės) medžiagos įtaka tamsiajai medžiagai, nauji duomenys keičia šią sampratą. Rutgerso astrofizikė Alyson Brooks, nors ir nesusijusi su Bernet tyrimu, pabrėžė: „Ilgą laiką astronomai ignoravo dujų bei žvaigždžių atgalinį poveikį tamsiajai medžiagai, dėl to kilo ne visai teisingi galaktikų formavimosi įsivaizdavimai. Dabar matome, kad papildoma šių sąveikų analizė priartina modelius prie stebimų galaktikų ir jų masės pasiskirstymo.“
Ši sudėtinga tamsiosios ir barioninės medžiagos sąveika gali turėti didelę įtaką teorijoms apie galaktikų formavimąsi, spiralinių rankų išlikimą ir tamsiosios medžiagos pasiskirstymą galaktikos diskuose.
Tamsiosios medžiagos „šešėlių“ paieškos Visatoje
Stebėjimo galimybės ir iššūkiai
Bernet remiasi, kad ateities žvaigždžių ir tamsiosios medžiagos matavimų tyrimai galėtų atskleisti šias tamsiąsias spirales, nuodugniai nagrinėjant tamsiosios medžiagos tankį visame Paukščių Tako diske. „Šiuo metu galime labai tiksliai nustatyti tamsiosios medžiagos tankį ties Saulės sistema,“ pažymi Bernet. „Jei išplėsime šiuos matavimus per visą galaktikos diską, galime pastebėti spiralinius tamsiosios medžiagos pasiskirstymo pėdsakus – jei jie iš tikrųjų egzistuoja.“
Vis dėlto, šių takų stebėjimas tiesioginiu būdu išlieka sudėtingas. Tamsioji medžiaga nei spinduliuoja, nei sugeria, nei atspindi šviesos – todėl jos aptikimas įprastais teleskopais praktiškai neįmanomas. Astronomai remiasi jos gravitaciniu poveikiu – stebi, kaip tamsioji medžiaga keičia žvaigždžių ar dujų debesų orbitas bei judėjimo trajektorijas.
Nors šie iššūkiai išlieka, nauji atradimai atveria naujus kelius netiesioginiams detekcijos metodams ir laboratoriniams eksperimentams. Teorinės prognozės apie tamsiosios medžiagos sutankėjimą prie spiralinių rankų gali patikslinti tiesioginių tamsiosios medžiagos detektavimo strategijas – iššūkį, į kurį mokslininkai bando atsakyti jau šimtmetį.
Kaip pabrėžia Brooks: „Šie rezultatai yra itin svarbūs, nes keičia mūsų lūkesčius – kur galėtume aptikti tamsiosios medžiagos pėdsakų galaktikose. Jie gali paveikti supratimą tiek apie tamsiosios medžiagos tankį prie Saulės sistemos, tiek apie eksperimentų planavimą šioje srityje.“
Išvados
Spiralės formos tamsiosios medžiagos „šešėlių“ atradimas, sekantis paskui šviesiąsias galaktikos rankas, yra reikšmingas laimėjimas galaktikų evoliucijos ir tamsiosios medžiagos tyrimuose. Tai rodo, kad tamsioji medžiaga nėra tik pasyvi, nematoma struktūra, bet aktyvus galaktikų šokio dalyvis, jautriai reaguojantis į žvaigždžių, dujų ir Visatos istorijos gravitacinę simfoniją. Tolimesni stebėjimai ir laboratoriniai tyrimai gali padėti dar labiau atskleisti subtilius tamsiosios medžiagos pėdsakus ir priartinti mus prie vieno didžiausių astrofizikos tikslų – tiesioginio šios Visatos nematomos masės aptikimo ir visapusiško supratimo.
Kommentare