A galaktikus kozmológia egyik legfontosabb mérőeszköze váratlanul bonyolultabbnak bizonyult a korábban feltételezettnél.
A csillagászok éveken át abból a feltevésből indultak ki, hogy a Tejútrendszer körül keringő, finom és elnyúlt csillagáramok tökéletesen sima szerkezetűek maradnának, ha nem zavarná meg őket semmi kívülről. Amikor ezekben az alakzatokban töréseket, sűrűsödéseket vagy hiányzó szakaszokat észleltek, a jelenséget közvetlen bizonyítéknak tekintették a láthatatlan sötét anyag koncentrált csomóinak jelenlétére. A University of Washington kutatóinak új szuperszámítógépes szimulációja szerint azonban maga a galaxis belső dinamikája is képes létrehozni ugyanezeket a torzulásokat.
Félrevezető minták a szimulált galaxisokban
A kutatócsoport négy darab, a Tejútrendszer méretét és felépítését modellező virtuális galaxisban vizsgálta 14 787 csillagáram fejlődését öt milliárd évnyi időskálán. A számításokhoz a FIRE-2 kozmológiai szimulációk változó gravitációs környezetét használták fel. A kísérlet kulcseleme az volt, hogy a modellekből szándékosan kihagyták a kisméretű sötétanyag-csomókat és az óriás molekulafelhőket, hogy tisztán a gazdagalaxis saját gravitációs hatásait figyelhessék meg.
Az eredmények alaposan felülírták a várakozásokat. A vizsgált csillagáramok mintegy 75 százaléka bonyolult morfológiai torzulásokat, például elágazásokat, töréseket és anyagsűrűségi ugrásokat mutatott. A közel 15 ezer szimulált struktúrából mindössze 70 darab maradt teljesen sima és zavartalan a futtatás végére. A korong egyenetlen csillagsűrűsége és a dinamikusan fejlődő gravitációs mező önmagában elégnek bizonyult ahhoz, hogy szétszaggassa vagy megcsavarja az áramlatokat.
A sötét anyag vadászatának új feltételei
A sötét anyag továbbra is a világegyetem tömegének döntő többségét adja, ám a közvetett kimutatására épülő módszerek most szigorúbb ellenőrzést követelnek meg. A csillagáramok torzulásai korábban a legtisztább nyomnak számítottak a láthatatlan alhalók keresésében, mivel ezek a szerkezetek nem tartalmaznak elegendő csillagot a közvetlen észleléshez. A kutatás rávilágított, hogy egy észlelt szakadás vagy csomó nem tekinthető automatikusan a sötét anyag ujjlenyomatának.
A csillagászoknak a jövőben minden megfigyelt rendellenességnél először ki kell zárniuk a galaktikus háttér és a forgó struktúrák saját gravitációs hatását. A galaxis magjához közelebb keringő áramlatok például lényegesen több szerkezeti hibát szenvedtek el a szimulációban, pusztán a belső sűrűbb régiókon való áthaladás miatt. Ez a fajta belső zaj szinte tökéletesen lemásolja a sötét anyag feltételezett zavaró hatásait.
| Morfológiai kategória | Arány a szimulációban | Jellemző szerkezeti sajátosság |
|---|---|---|
| Sima áramlatok | 26% | Egyenletes sűrűség, minimális vagy nulla külső torzulás |
| Lokálisan zavart áramlatok | 13% | Alapvetően sima pálya, de egyetlen markáns törés vagy hézag |
| Közepesen torzult struktúrák | 27% | Változó sávszélesség és több kisebb sűrűségi hullám |
| Erősen deformált rendszerek | 34% | Szétszakadt pályák, elágazások és szabálytalan csomók |
Következő lépések a megfigyelő csillagászatban
A kutatócsoport a következő fázisban olyan modelleket épít, amelyekben a sötétanyag-csomókat is visszakapcsolják a virtuális galaxisokba. A cél annak pontos feltérképezése, hogy létezik-e olyan finom morfológiai különbség, amely egyértelműen megkülönbözteti a belső galaktikus gravitáció által létrehozott szakadásokat a sötét anyag valódi ütközési nyomaitól.
A gyakorlati ellenőrzéshez a Vera C. Rubin Obszervatórium és a közelgő Nancy Grace Roman űrtávcső adatai nyújtanak majd támpontot. Ezek a felmérések várhatóan több tucat új, eddig ismeretlen csillagáramot tárnak fel a Tejútrendszerben, a szimulációk által felállított új kritériumrendszer pedig segít elkerülni a téves következtetéseket.
