Telescopul Hubble urmărește materia întunecată din galaxii cu ajutorul stelelor

Calitățile și comportamentul materiei întunecate continuă să fie învăluite în mister. Deși galaxiile sunt alcătuite în cea mai mare parte din materie întunecată, înțelegerea modului în care aceasta este distribuită în cadrul unei galaxii oferă indicii cu privire la ce este această substanță și în ce măsură este relevantă pentru evoluția unei galaxii.

În timp ce simulările computerizate sugerează că materia întunecată ar trebui să se acumuleze în centrul unei galaxii, numit cuspida densității, multe observații telescopice anterioare au indicat că, în schimb, aceasta este dispersată mai uniform în galaxie. Motivul acestei tensiuni între model și observație continuă să îi nedumerească pe astronomi, consolidând misterul materiei întunecate.

O echipă de astronomi a apelat la telescopul spațial Hubble al NASA pentru a încerca să clarifice această dezbatere prin măsurarea mișcărilor dinamice ale stelelor din galaxia pitică Draco, un sistem situat la aproximativ 250 000 de ani lumină de Pământ.

Folosind observații care s-au întins pe o perioadă de 18 ani, cercetătorii au reușit să construiască cea mai precisă înțelegere tridimensională a mișcărilor stelelor din această galaxie minusculă. Acest lucru a necesitat parcurgerea a aproape două decenii de observații de arhivă Hubble ale galaxiei Draco.

„Modelele noastre tind să fie mai mult de acord cu o structură de tip cuspidă, care se aliniază cu modelele cosmologice”, a declarat Eduardo Vitral de la Space Telescope Science Institute (STScI) din Baltimore și autorul principal al studiului.

„Deși nu putem spune definitiv că toate galaxiile conțin o distribuție a materiei întunecate de tip cuspidă, este interesant să avem date atât de bine măsurate, care depășesc orice am avut până acum.”

Galaxiile sunt alcătuite în cea mai mare parte din materie întunecată

Pentru a afla mai multe despre materia întunecată dintr-o galaxie, oamenii de știință se pot uita la stelele acesteia și la mișcările lor care sunt dominate de atracția materiei întunecate. O abordare obișnuită pentru măsurarea vitezei obiectelor care se deplasează în spațiu este efectul Doppler – o modificare observată a lungimii de undă a luminii dacă o stea se apropie sau se îndepărtează de Pământ. Deși această viteză în linie dreaptă poate oferi informații valoroase, nu se pot obține prea multe din această sursă unidimensională de informații.

Pe lângă faptul că se apropie sau se îndepărtează de noi, stelele se deplasează și pe cer, măsurată ca mișcare proprie. Prin combinarea vitezei liniei de vedere cu mișcările proprii, echipa a creat o analiză fără precedent a mișcărilor 3D ale stelelor.

„Îmbunătățirea datelor și îmbunătățirea modelării merg de obicei mână în mână”, a explicat Roeland van der Marel de la STScI, coautor al lucrării care a inițiat studiul în urmă cu mai bine de 10 ani. „Dacă nu aveți date foarte sofisticate sau doar date unidimensionale, atunci modelele relativ simple se pot potrivi adesea.”

Deoarece se știe că galaxiile pitice au o proporție mai mare de materie întunecată decât alte tipuri de galaxii, echipa s-a concentrat asupra galaxiei pitice Draco, care este un satelit apropiat relativ mic și sferoidal al galaxiei Calea Lactee, scrie EurekAlert.

Materia întunecată ar trebui să se acumuleze în centrul unei galaxii

„Atunci când se măsoară mișcările proprii, se notează poziția unei stele la un moment dat și apoi, mulți ani mai târziu, se măsoară poziția aceleiași stele. Măsurați deplasarea pentru a determina cât de mult s-a mișcat”, a explicat Sangmo Tony Sohn de la STScI, un alt coautor al lucrării și investigatorul principal al celui mai recent program de observații. „Pentru acest tip de observații, cu cât aștepți mai mult, cu atât poți măsura mai bine deplasarea stelelor”.

Echipa a analizat o serie de epoci care se întind din 2004 până în 2022, o linie de bază extinsă pe care doar Hubble o putea oferi, datorită combinației dintre viziunea sa stabilă ascuțită și timpul record de funcționare.

Arhiva bogată de date a telescopului a contribuit la scăderea nivelului de incertitudine în măsurarea mișcărilor proprii ale stelelor. Precizia este echivalentă cu măsurarea unei deplasări anuale cu puțin mai mică decât lățimea unei mingi de golf, așa cum se vede Luna de pe Pământ.

Cu trei dimensiuni de date, echipa a redus numărul de ipoteze aplicate în studiile anterioare și a luat în considerare caracteristicile specifice galaxiei – cum ar fi rotația sa și distribuția stelelor și a materiei întunecate – în propriile eforturi de modelare.

Metodologiile și modelele dezvoltate pentru galaxia pitică Draco pot fi aplicate altor galaxii în viitor. Echipa analizează deja observațiile Hubble ale galaxiei pitice Sculptor și ale galaxiei pitice Ursa Minor.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Pământul este înconjurat de materie întunecată? Iată ce cred cercetătorii!

Valuri gigantice de materie întunecată ar putea modifica orbita stelelor

Un fizician susține că Universul nu are nevoie de materie întunecată pentru a exista

Trei sori alimentați de materie întunecată, descoperiți la începuturile Universului