Sötét anyag, fényes galaxisok

A jelenleg elfogadott kozmológiai modell, a lambda-CDM (ΛCDM) feltételezi a hideg sötét anyag (cold dark matter – CDM) létét, ez pedig a korai, kis méretű, ám fényes galaxisok segítségével igazolható is. Az elképzelések szerint a sötét anyag gravitációja lépésről lépésre összehúzta az hidrogént, héliumot és ennek hatására lassanként felgyúltak az első csillagok, a Kaliforniai Egyetem (Los Angeles) kutatója vezette nemzetközi csoport új számításai szerint azonban a folyamat sokkal hevesebb volt.

A kutatók úgy vélik, a csomókban lévő és lassan mozgó, hideg sötét anyagról a feléje nagy sebességgel közeledő hidrogén és hélium (szintén nagy sebességgel) lepattant, majd néhány évmillióval később, amikor visszazuhant, hirtelen gyúltak fel a csillagok. Ezek kicsiny, de igen fényes galaxisokat alkottak, amelyeket, ha a modellek helyesek, a James Webb-űrteleszkóp (JWST) meg is találhat. Ez lehet az első olyan valós megfigyelésen alapuló, hatékony teszt, ami a sötét anyaggal kapcsolatos elképzeléseinket igazolhatná. Ha nem sikerül igazolni a feltételezést, akkor viszont az alapoktól kell újragondolnunk, amit a sötét anyagról eddig tudni véltünk.

A kutatók modellezéssel vizsgálták meg, miként jöhettek lérte az Ősrobbanás után az első kis galaxisok, és a számításokhoz figyelembe vették – most először – a sötét anyag és a gázok közti interakciókat is. Ezekből arra jutottak, hogy a legelső galaxisok ugyan egészen kicsik voltak, ám igen fényesek és sokkal gyorsabban jöttek létre, mint a korábbi szimulációkban, amelyek nem használták fel a sötét anyag és a gázok kölcsönhatásait.

A törpegalaxisokkal teli van a Világegyetem, ezek a legrégebbi galaxisok, épp ezért különösen izgalmasak a Világegyetem eredetét kutatók számára. Azonban az egyre jobban megismert törpegalaxisok nem egészen olyanok, mint a számítások alapján várták, és ezzel arra utalnak, hiányzik valami a modellekből, például az, hogy a korai időszakban fennállhattak a gázok és a sötét anyag közti kapcsolatok. A mostani kutatás pont ezt a hiányosságot igyekszik pótolni. A kutatók ezért is javasolják, hogy igyekezzünk, például a James Webb-űrteleszkóp segítségével megkeresni e korai, fényes és apró galaxisokat. Ha ezek helyett csak halványakra sikerül rábukkanni, a kutatók úgy vélik, a sötét anyag elméletével lehet a gond.

A sötét anyagot csak a gravitációs hatásain keresztül észlelhetjük, mivel semmilyen elektromágneses kölcsönhatásban nem vesz részt. Vera Rubin, az új generációs óriásteleszkóponak otthont adó, a tervek szerint 2024-ben elkészülő, 2025-től üzemelő obszervatórium névadója a galaxisok forgását tanulmányozta, e munkák során merült fel először a sötét anyag létezésének lehetősége.

Hiába képezi a Világegyetem anyagának 84 százalékát a sötét anyag, azt közvetlenül sosem észleltük. Azonban minden galaxist körbevesz egy sötét anyagból felépülő haló, és az elképzeléseink alapján a sötét anyag rendkívül fontos tényező volt a galaxisok kialakulásában. Ezt írja le a ΛCDM kozmológiai modellje is.

A kutatásban most annyival egészítették ki az eddigi számításokat, hogy a csillagokhoz szükséges gázok, valamint a sötét anyag mozgásainak sebességkülönbségét is figyelembe vették, s ezzel egy egész picivel későbbre tolták az első csillagok születését. Azonban ez azzal is járt, hogy hirtelen, egyszerre, és igen nagy fényességgel ragyogtak fel ezek, és így a belőlük álló galaxisok is.

A JWST segítségével lehet majd találni olyan régiókat az Univerzumban, ahol ezek a nagyon fényes törpegalaxisok ragyognak majd, alig 375 millió évvel az Ősrobbanás után.

A kutatók szerint ha sikerül ezeket a rendkívül ősi, de mégis fényes galaxisokat felfedezni, az azt jelenti, jó irányba haladunk a sötét anyaggal kapcsolatos modellben.