Tamna tvar, misteriozna nevidljiva komponenta svemira, i dalje izaziva mnoge znanstvene zagonetke.

Iako čini većinu materije u galaksijama, raspodjela tamne tvari unutar njih mogla bi otkriti ključne informacije o njezinoj prirodi i ulozi u evoluciji galaksija.

Prema računalnim simulacijama, tamna tvar bi se trebala koncentrirati u središtima galaksija, stvarajući tako tzv. gustoću kupolastog oblika. Međutim, mnoge teleskopske promatračke studije sugeriraju da je tamna tvar ravnomjernije raspoređena. Ova kontradikcija između modela i promatranja predstavlja veliki izazov za astronome, povećavajući misteriju koja okružuje tamnu tvar.

Astronomski tim, koristeći NASA-in Hubbleov svemirski teleskop, pokušava razjasniti ovu dilemu mjerenjem dinamičkih gibanja zvijezda unutar patuljaste galaksije Draco, smještene oko 250 000 svjetlosnih godina od Zemlje. Zahvaljujući promatranjima koja su trajala 18 godina, uspjeli su kreirati najprecizniji trodimenzionalni model gibanja zvijezda u ovoj malenoj galaksiji. To je zahtijevalo detaljno proučavanje gotovo dva desetljeća Hubbleovih arhivskih podataka o galaksiji Draco.

Modeli tamne tvari
"Naši modeli više naginju prema strukturi nalik kupi, što je u skladu s kozmološkim modelima," rekao je Eduardo Vitral iz Instituta za svemirsku teleskopiju (STScI) u Baltimoreu, vodeći autor studije. "Iako ne možemo definitivno tvrditi da sve galaksije sadrže tamnu tvar raspoređenu u obliku kupole, uzbuđujuće je imati tako precizne podatke koji nadmašuju sve što smo dosad imali."

Kretanja zvijezda
Za proučavanje tamne tvari u galaksiji, znanstvenici analiziraju gibanja zvijezda koja su pod utjecajem gravitacije tamne tvari. Uobičajena metoda za mjerenje brzine objekata u svemiru je Dopplerov efekt – promjena valne duljine svjetlosti zvijezde koja se približava ili udaljava od Zemlje. Iako ova metoda pruža vrijedne informacije, ograničena je na jednometrijske podatke.

Pored gibanja prema i od nas, zvijezde se kreću i po nebu, što se mjeri kao njihovo vlastito gibanje. Kombiniranjem linijskog gibanja s vlastitim gibanjem, tim je kreirao neviđenu analizu trodimenzionalnog gibanja zvijezda.

"Unapređenje podataka i modela obično ide ruku pod ruku," objasnio je Roeland van der Marel iz STScI, koautor rada koji je započeo ovu studiju prije više od 10 godina. "Ako nemate vrlo sofisticirane podatke ili samo jednometrijske podatke, jednostavni modeli često mogu biti dovoljni. Što više dimenzija i kompleksnosti podataka prikupite, to složeniji vaši modeli moraju biti kako bi doista uhvatili sve suptilnosti podataka."

Dugoročna posvećenost
Budući da su patuljaste galaksije poznate po većem udjelu tamne tvari nego druge vrste galaksija, tim se fokusirao na patuljastu galaksiju Draco, koja je relativno mala i sferoidna satelitna galaksija Mliječnog puta.

"Prilikom mjerenja vlastitih gibanja, bilježite položaj zvijezde u jednoj epohi, a zatim mnogo godina kasnije mjerite položaj iste zvijezde. Mjerite pomak kako biste utvrdili koliko se zvijezda pomaknula," objasnio je Sangmo Tony Sohn iz STScI, koautor rada i glavni istraživač najnovijeg promatračkog programa. "Za ovakva promatranja, što dulje čekate, to bolje možete izmjeriti pomicanje zvijezda."

Tim je analizirao niz epoha od 2004. do 2022. godine, što je opsežna baza podataka koju je mogao pružiti samo Hubble, zahvaljujući kombinaciji svoje oštre stabilne vizije i dugogodišnjeg rada. Bogati arhivski podaci teleskopa pomogli su smanjiti razinu nesigurnosti u mjerenju vlastitih gibanja zvijezda. Preciznost je ekvivalentna mjerenju godišnjeg pomaka malo manjem od širine golf loptice gledane s Mjeseca s Zemlje.

S trodimenzionalnim podacima, tim je smanjio broj pretpostavki korištenih u prethodnim studijama i uzeo u obzir karakteristike specifične za galaksiju – poput njezine rotacije, raspodjele zvijezda i tamne tvari – u svojim modelima.

Uzbudljiva budućnost
Metodologije i modeli razvijeni za patuljastu galaksiju Draco mogu se primijeniti na druge galaksije u budućnosti. Tim već analizira Hubbleova promatranja patuljaste galaksije Sculptor i patuljaste galaksije Ursa Minor.

Proučavanje tamne tvari zahtijeva promatranje različitih galaktičkih okruženja, kao i suradnju različitih svemirskih teleskopskih misija. Primjerice, nadolazeći NASA-in svemirski teleskop Nancy Grace Roman pomoći će otkriti nove detalje o svojstvima tamne tvari među različitim galaksijama zahvaljujući svojoj sposobnosti da istraži velike dijelove neba.

"Ova vrsta istraživanja je dugoročna investicija i zahtijeva puno strpljenja," rekao je Vitral. "Možemo provoditi ovakvu znanost zahvaljujući planiranju koje je trajalo godinama kako bismo zapravo prikupili ove podatke. Uvidi koje smo prikupili rezultat su rada većeg broja istraživača koji su godinama radili na ovim stvarima."

Ovi rezultati prihvaćeni su za objavu u The Astrophysical Journalu.

Hubbleov svemirski teleskop djeluje više od tri desetljeća i nastavlja donositi revolucionarna otkrića koja oblikuju naše temeljno razumijevanje svemira. Hubble je projekt međunarodne suradnje između NASA-e i ESA-e (Europske svemirske agencije). NASA-in Goddard Space Flight Center u Greenbeltu, Maryland, upravlja teleskopom i misijskim operacijama. Lockheed Martin Space iz Denvera, Colorado, također podržava misijske operacije u Goddardu. Institut za svemirsku teleskopiju (STScI) u Baltimoreu, Maryland, koji upravlja Udrugom sveučilišta za istraživanje astronomije, provodi Hubbleove znanstvene operacije za NASA-u.

Izvor: National Aeronautics and Space Administration