Pátrání po temné hmotě v Peci

Trpasličí galaxie se zpravidla nacházejí v kupách galaxií nebo poblíž větších galaxií. Mohou proto být ovlivňovány gravitací svých sousedů. „Přicházíme s novým způsobem testování standardního modelu na základě toho, jak moc jsou trpasličí galaxie narušeny gravitačními ‚slapovými jevy‘ od blízkých větších galaxií,“ říká Elena Asencio, doktorandka z Univerzity v Bonnu a hlavní autorka studie. Slapové jevy vznikají různým působením gravitace jednoho tělesa na různé části druhého tělesa. Na Zemi se projevují jako příliv a odliv.

Kupa galaxií v souhvězdí Pece je na trpasličí galaxie bohatá. Při současných pozorováních se tyto galaxie jeví deformovaně, jako kdyby byly narušovány prostředím kupy. „Takové perturbace se v kupě v Peci podle standardního modelu neočekávají,“ uvádí Pavel Kroupa, profesor na Univerzitě v Bonnu a na Univerzitě Karlově. „Podle standardního modelu by měly být galaxie před rušivými vlivy částečně chráněny halem z temné hmoty.“

Autoři studie analyzovali očekávanou úroveň narušení trpasličích galaxií, která závisí na jejich složení a na jejich vzdálenosti od gravitačně silného středu kupy. Velké galaxie s nízkou hmotností hvězd a galaxie blízko středu kupy jsou k rušení nebo dokonce zničení náchylnější. Výsledky pak porovnali s pozorovanou úrovní narušení na snímcích z VLT pořízených Evropskou jižní observatoří. „Srovnání ukázalo, že pokud bychom chtěli vysvětlit pozorování pomocí standardního modelu, trpasličí galaxie v Peci by měly být zničeny vlivem gravitace středu kupy, přestože vyvolávané slapové jevy jsou 64× slabší než vlastní gravitace galaxie,“ popisuje Elena Asencio. Zjištění odporuje předchozím studiím, podle kterých by síla potřebná k narušení trpasličí galaxie měla být přibližně stejná jako její gravitace. Autorům z toho vyplývá, že v rámci standardního modelu se nedají pozorované tvary galaxií vysvětlit.

Analýza byla následně zopakována s využitím milgromovské dynamiky (MOND). Ta nepředpokládá, že galaxie obklopuje halo z temné hmoty, ale místo toho navrhuje úpravu newtonovské dynamiky spočívající v nárůstu gravitace při nízkých zrychleních. „Nebyli jsme si jistí, že by galaxie mohly přežít extrémní podmínky ve středu kupy, vzhledem k absenci ochranného hala z temné hmoty v modelu MOND, ale výsledky v tomto případě vykazují soulad mezi pozorováními a očekáváními,“ vysvětluje dr. Indranil Banik z Univerzity v Saint Andrews. „Je skvělé vidět, že data z VLT umožňují takové ověřování kosmologických modelů,“ dodávají spoluautoři studie Aku Venhola z Univerzity v Oulu a Steffen Mieske z Evropské jižní observatoře.

Není to poprvé, kdy studie testující vliv temné hmoty na dynamiku a vývoj galaxií došla k tomu, že pozorování se dají lépe vysvětlit, pokud se neoperuje s temnou hmotou. „Množství publikací ukazujících nekompatibilitu mezi pozorováními a paradigmatem temné hmoty vzrůstá s každým rokem. Je na čase věnovat více zdrojů slibnějším teoriím,“ podotýká prof. Kroupa. „Naše zjištění mají velké důsledky pro základní fyziku. Očekáváme, že najdeme další narušené trpasličí galaxie v dalších kupách. To je předpoklad, který by měly ověřit další týmy,“ uzavírá Dr. Hongsheng Zhao z Univerzity v Saint Andrews.

Vedle Univerzity v Bonnu (Německo) se na studii podílely Univerzita v Saint Andrews (Skotsko), Evropská jižní observatoř – ESO, Univerzita v Oulu (Finsko) a Univerzita Karlova. Finančně studii podpořila Univerzita v Bonnu, britská STFC (Science and Technology Facilities Council) a německá DAAD (Deutscher Akademischer Austauschdienst).