Trojrozměrná mapa rozložení skryté hmoty
3D rozložení skryté hmotyFoto: NASA, ESA, R. Massey (Caltech)
Vědci poprvé v historii vytvořili trojrozměrnou mapu rozložení skryté hmoty ve vesmíru. Mapa ukazuje, jak se skrytá hmota během času vyvíjela a jak ovlivňovala vznik galaktických struktur.
Astronomové tak mají možnost ověřit své teorie o formování struktur v těch největších měřítcích. Numerické simulace už dříve ukazovaly, že shluky skryté hmoty k sobě gravitací přitahovaly okolní plyny, které postupem času zkondenzovaly do galaxií a galaxie do galaktických kup. Co naplat, simulace byly a jsou sice hezkým pokrokem ukazujícím, k čemu mohlo docházet, ale neexistovala záruka, že tomu tak skutečně bylo.
Leč nyní mohou vědci s určitostí říct, že se nemýlili. Formování galaktických struktur je skutečně závislé na kostře skryté hmoty.
Mapa zachycuje vývoj skryté hmoty v období od zhruba osmi až jedenácti miliard let po velkém třesku. Ukazuje tedy velkoškálovou strukturu skryté hmoty tak, jak vypadala před 3,5 až 6,5 miliardami let.
Výsledky výzkumu byly poprvé publikovány v internetovém vydání časopisu Nature a představeny byly na 209. setkání Americké astronomické společnosti v Seattlu ve Washingtonu. Uvedli je Richard Massey (část o skryté hmotě) a Nick Scoville (galaxie) z Kalifornského technického institutu (Caltech) v Pasadeně.
Skrytá hmota
Pojmem skrytá hmota se rozumí hmota, která se ukrývá před zraky všemožných teleskopů, ale která se projevuje svými gravitačními účinky na prostředí. Podle všeho tato neznámá substance tvoří většinu látkového obsahu vesmíru; zatímco na celkovém obsahu hmoty a energie se obyčejná svítívá hmota podílí nepatrnými pěti procenty, skrytá hmota celými pětadvaceti. Zbylých sedmdesát procent pak náleží takzvané skryté energii.
Dodnes se s jistotou neví, co ji tvoří, byť kandidátů na její složení pomalu ubývá. Poprvé byla skrytá hmota do vědecké terminologie zavedena už ve třicátých letech dvacátého století, to když astronom Fritz Zwicky zjistil, že jednotlivé galaxie v kupě galaxií v souhvězdí Vlasy Bereniky se pohybují přespříliš rychle na to, aby svítivá hmota v kupě byla schopna vyvinout dostačující gravitační sílu k udržení jednotlivých členů kupy. Napadlo jej, že systém galaxií musí obsahovat ještě další hmotu, která - přestože nesvítí - svou gravitací galaktické struktury ovlivňuje.
Ač mnoho observačních údajů na existenci jakési tajemné substance držící pohromadě galaxie a jejich gravitačně vázané celky ukazovalo, někteří vědci přišli s návrhy, které s existencí skryté hmoty nepočítaly. Navrhovali jisté úpravy Newtonových (resp. Einsteinových) rovnic gravitace. Přidané matematické členy pak opravdu pohyb galaxií (a také objektů v galaxiích) popisovaly dobře i bez potřeby zavedení skryté hmoty. Podmínky, za kterých tyto rovnice platily, se však nepodařilo nikdy potvrdit. A co víc, v loňském roce NASA přišla s prohlášením, že se jí podařilo získat přímé důkazy hovořící pro existenci skryté hmoty. Alternativním teoriím tak odzvonilo (i když se je pořád někteří snaží udržet při životě). A teď konečně máme i trojrozměrnou mapu zobrazující její vývoj v rozmezí několika miliard let.
Vývoj rozložení skryté hmoty v období před 6,5 miliardami až 3,5 miliardami letFoto: NASA, ESA, R. Massey (Caltech)
Čtyři skvělá zařízení
Trojrozměrná mapa rozložení skryté hmoty se nerodila snadno. Vědci museli využít hned čtyř zařízení. Velký kus práce odvedl Hubbleův kosmický teleskop, který pozoroval na půl milionu vzdálených galaxií. Nezkoumal ale celou oblohu, nýbrž jen její část o velikosti dvou stupňů čtverečných. Sledovací program nesl jméno COSMOS (Cosmos Evolution Survey) a vedl jej Nick Scoville z Kalifornského technického institutu. Údaje z Hubbleova vesmírného dalekohledu poté astronomové museli kombinovat s dalšími daty pocházejícími z jiných zařízení. Teleskop Subaru, který se nachází na vrcholku sopky Mauna Kea na Havaji, společně se soustavou teleskopů VLT v Paranal v Chile měl za úkol studovat spektra světla galaxií sledovaných Hubbleovým teleskopem. Čtvrtým zařízením byl další vesmírný teleskop, rentgenový satelit XMM-Newton, který v galaxiích zkoumal plyny.
Není čočka jako čočka
K vytvoření mapy rozložení skryté hmoty museli astronomové využít jevu zvaného slabý efekt gravitační čočky. Obecně platí, že gravitační pole masivních objektů ležících mezi námi a pozorovaným objektem ovlivňuje dráhu světelných paprsků z něho vycházejících, což se ve výsledku projeví určitou deformací obrazu (slabý efekt), nebo dokonce jeho znásobením (silný efekt).
Světlo ze vzdálených galaxií, které Hubbleův teleskop zkoumal, se na své cestě muselo shluky skryté hmoty prodírat. Právě její gravitační pole světlo z hvězdných ostrovů narušilo a jejich zdeformované obrazy byly využity k příslušným výpočtům, které vedly k sestavení mapy.
Co se zjistilo
Jak bylo řečeno v úvodu článku, vědci konečně získali observační důkazy pro své stávající teorie o vzniku a vývoji galaktických struktur. Jak dále připomínají, nové výsledky také napomohou při simulacích nových, přesnějších modelů.
Podle získaných výsledků se původní vlákna skryté hmoty postupem času shlukovaly do masivnějších struktur, díky kterým zase mohly vzniknout galaxie a jejich gravitačně vázané celky. Všude tam, kde je vyšší hustota skryté hmoty, jsou také galaktické struktury.
Ovšem vyvstaly i nové otázky. Eric Linder z Kalifornské univerzity v Berkeley upozorňuje, že na mapě jsou patrná místa, na kterých se možná objevují odchylky mezi rozložením skryté a svítivé hmoty. Ukazuje na dva případy. Zaprvé si povšimnul míst s vysokou koncentrací skryté hmoty, v nichž chybějí struktury svítivé hmoty, a zadruhé naopak jsou prý na mapě viditelná místa s vysokým výskytem galaxií, ale s absencí shluků skryté hmoty.
Vedoucí projektu Nick Scoville poznamenává, že řešení těchto otázek není na pořadu, jelikož ani není jisté, zda ony odchylky vůbec existují. Jako důvod uvádí skutečnost, že domnělé odchylky se nacházejí na samé hranici rozlišení, s jakým vědci pracovali. Jasno by mělo být až po dalším zkoumání.
