Misteriozno svojstvo i ponašanje tamne tvari, nevidljive "ljepila" svemira, i dalje su obavijeni tajnom. Iako su galaksije većinom sastavljene od tamne tvari, razumijevanje kako je ona raspodijeljena unutar galaksije nudi tragove o tome što je ta supstanca i kako je relevantna za evoluciju galaksije.

Dok računalne simulacije sugeriraju da bi se tamna tvar trebala gomilati u središtu galaksije, nazvanom vrh gustoće, mnoge prethodne teleskopske promatranja ukazuju da je ona umjesto toga ravnomjernije raspoređena unutar galaksije. Razlog za ovaj nesklad između modela i promatranja i dalje zbunjuje astronome, dodatno osnažujući misterij tamne tvari.

Tim astronoma okrenuo se NASA-inom Hubble svemirskom teleskopu kako bi pokušali razjasniti ovu raspravu mjerenjem dinamičkih kretanja zvijezda unutar patuljaste galaksije Draco, sustava smještenog otprilike 250.000 svjetlosnih godina od Zemlje. Koristeći promatranja koja su trajala 18 godina, uspjeli su izgraditi najtočnije trodimenzionalno razumijevanje kretanja zvijezda unutar male galaksije. Ovo je zahtijevalo temeljito pretraživanje gotovo dva desetljeća Hubbleovih arhivskih promatranja galaksije Draco.

"Naši modeli više se slažu s vrh-gustoće strukturom, što je u skladu s kozmološkim modelima," rekao je Eduardo Vitral iz Instituta za svemirski teleskop (STScI) u Baltimoreu i glavni autor studije. "Iako ne možemo definitivno reći da sve galaksije sadrže vrh-gustoće raspodjelu tamne tvari, uzbudljivo je imati tako dobro izmjerene podatke koji nadmašuju sve što smo imali prije."

Mapiranje kretanja zvijezda
Kako bi naučili više o tamnoj tvari unutar galaksije, znanstvenici mogu proučavati njezine zvijezde i njihova kretanja koja su dominirana privlačenjem tamne tvari. Uobičajen pristup za mjerenje brzine objekata koji se kreću u svemiru je Dopplerov efekt – promjena valne duljine svjetlosti ako se zvijezda približava ili udaljava od Zemlje. Iako ova brzina u liniji vida može pružiti dragocjen uvid, samo se toliko toga može doznati iz ovog jednosmjernog izvora informacija.

Osim približavanja ili udaljavanja od nas, zvijezde se također kreću preko neba, što se mjeri kao njihovo vlastito gibanje. Kombiniranjem brzine u liniji vida s vlastitim gibanjem, tim je stvorio neviđenu analizu trodimenzionalnih kretanja zvijezda.

"Poboljšanja u podacima i poboljšanja u modeliranju obično idu ruku pod ruku," objasnio je Roeland van der Marel iz STScI-ja, koautor rada koji je pokrenuo studiju prije više od 10 godina. "Ako nemate vrlo sofisticirane podatke ili samo jednosmjerne podatke, tada relativno jednostavni modeli često mogu odgovarati. Što više dimenzija i složenosti podataka prikupite, to vaši modeli moraju biti složeniji kako bi zaista obuhvatili sve suptilnosti podataka."

Znanstveni maraton, a ne sprint
Budući da su patuljaste galaksije poznate po većem udjelu tamne tvari u odnosu na druge vrste galaksija, tim se usredotočio na patuljastu galaksiju Draco, koja je relativno mala i sferoidalna susjeda Mliječne staze.

"Kada mjerite vlastito gibanje, zabilježite položaj zvijezde u jednoj epohi i zatim mnogo godina kasnije izmjerite položaj te iste zvijezde. Mjerite pomak kako biste odredili koliko se pomaknula," objasnio je Sangmo Tony Sohn iz STScI-ja, još jedan koautor rada i glavni istraživač najnovijeg promatračkog programa. "Za ovu vrstu promatranja, što duže čekate, to bolje možete izmjeriti pomicanje zvijezda."

Tim je analizirao niz epoha od 2004. do 2022., opsežnu bazu podataka koju je samo Hubble mogao ponuditi, zahvaljujući kombinaciji svoje oštre stabilne vizije i rekordnog vremena rada. Bogati arhiv podataka teleskopa pomogao je smanjiti razinu nesigurnosti u mjerenju vlastitih gibanja zvijezda. Preciznost je ekvivalentna mjerenju godišnjeg pomaka malo manjeg od širine golf loptice viđene na Mjesecu sa Zemlje.

S tri dimenzije podataka, tim je smanjio količinu pretpostavki primijenjenih u prethodnim studijama i razmotrio karakteristike specifične za galaksiju – kao što su njezina rotacija i raspodjela zvijezda i tamne tvari – u vlastitim modelima.

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

Proučavanje tamne tvari zahtijeva promatranje različitih galaktičkih okruženja, a također uključuje suradnju između različitih misija svemirskih teleskopa. Na primjer, nadolazeći NASA-in svemirski teleskop Nancy Grace Roman pomoći će otkriti nove detalje o svojstvima tamne tvari među različitim galaksijama zahvaljujući svojoj sposobnosti da pregleda velike dijelove neba.

"Ova vrsta istraživanja je dugoročno ulaganje i zahtijeva puno strpljenja," reflektirao je Vitral. "Možemo provoditi ovu znanost zahvaljujući svom planiranju koje je provedeno tijekom godina kako bi se zapravo prikupili ovi podaci. Uvidi koje smo prikupili rezultat su rada šire skupine istraživača koji su godinama radili na ovim stvarima."

Hubbleov svemirski teleskop djeluje više od tri desetljeća i nastavlja s revolucionarnim otkrićima 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, sa sjedištem u Denveru, Colorado, također podržava misijske operacije u Goddardu. Institut za svemirski teleskop (STScI) u Baltimoreu, Maryland, koji upravlja Udrugom sveučilišta za istraživanje u astronomiji, provodi Hubbleove znanstvene operacije za NASA-u.

Izvor: National Aeronautics and Space Administration