Zvětšit obrázek

Počítačový model pohybu "temné" hmoty v raných dějinách vesmíru. Pozorování poskytují důkaz, že v současnosti se temná hmota vyskytuje v galaxiích, které se nacházejí v extrémně bohatých kupách galaxií. Credit: Volker Springel/MPA Garching

Zkuste si zamíchat do vanilkové zmrzliny karamel - vždy ve zmrzlině zůstanou karamelové skvrny a spirály. Vědci zjistili, že i galaxie se mohou rozmístit ve vesmíru podobným způsobem a to v místech, kde je hodně tzv. temné hmoty.

Zvětšit obrázek

Cornellova Universita, Ithaca, N.Y. Credit: Cornell University

"Naše pozorování naznačují, že neviditelná temná hmota, která nevydává žádné světlo, ale je hmotná, byla hlavním činitelem při formování a vývoji galaxií, a že jasné aktivní galaxie se rodí uvnitř shluků temné hmoty pouze při určité velikosti mladého vesmíru," řekl Duncan Farrah, vědecký pracovník Cornellovy univerzity (Cornell University, Ithaca, New York, USA) a vedoucí autorského týmu o prostorovém shlukování. Výsledky výzkumu byly publikovány 10. dubna 2006 v časopise Astrophysical Journal Letters.

Zvětšit obrázek

Galaxie Arp 220. Credit: Shaya, D. Dowling/UMD, WFPC Team a NASA/ESA

Pro zkoumání prostorové distribuce galaxií ve vesmíru použil Farrah údaje ze širokoúhlého infračerveného extragalaktického průzkumu vesmíru SWIRE (Spitzer Wide-area InfraRed Extragalactic survey), které se staly v poslední době dostupné. Jedná se o jeden z největších průzkumů tohoto druhu, které provedla americká družice Spitzer  Space Telescope od svého startu 25. srpna 2003.

Zvětšit obrázek

Vysoce svítivá infračervená galaxie Arp 220. Credit: HST/ UCLA/JPL

Typické galaxie tvoří stovky miliard, “těsně“ seskupených, hvězd. Ale samotné galaxie se často shlukují do skupin, které astronomové nazývají "rozsáhlé struktury" ("large-scale structures"). A stejně jako galaxie, které mohou být eliptické nebo spirální, tak i jejich velkorozměrové struktury mohou být od kup galaxií až po dlouhá galaktická vlákna v rozlehlém „prázdném“ vesmíru.

"Mohli bychom si myslet, že rozmístění galaxií na obloze je jen náhodné, jako když házíme písek po hrstech na podlahu," řekl Farrar. "Ale problém je v tom, že tomu tak není, a to byla ta velká záhada."

Farraha zajímalo, jak se tyto rozsáhlé struktury formují. K určení rozsahu shlukování v raném vesmíru studoval světlo, které od extrémně vzdálených galaxií cestovalo několik miliard let.

"Chtěli bychom najít informace o prvním období formování kup galaxií, kdy kupy ještě neexistovaly," řekl Farrah.

Farrah se zejména zajímal o objekty, které intenzívně září v infračervené oblasti spektra a jsou obklopeny hustým plynem a prachem. Tyto objekty, známé jako vysoce svítivé infračervené galaxie ULIRGs (UltraLuminious InfraRed Galaxies), byly považovaný za předchůdce kup galaxií. Farrah tímto pozorováním potvrdil, že ULIRGs se skutečně mohou ve svých raných fázích seskupovat. Schopnost určit rozmístění vznikajících kup galaxií, umožní vědcům zkoumat rané formování kup a určit dobu, kdy se začaly vyskytovat.

Zvětšit obrázek

Galaxie Arp 220. Credit: Chandra/NASA

ULIRGs byly objeveny infračervenou družicí IRAS v polovině osmdesátých let min. století. Absolutní svítivost těchto galaxií může být stejná jako u běžných galaxií (např. naše Galaxie nebo M31 v Andromedě), ale může být srovnatelná i s kvasary. Tyto galaxie většinu energie vyzařují v infračervené oblasti spektra. Zástupcem ULIRGs  je poměrně známá pekuliární (podivná) galaxie Arp 220.  Patří mezi nejbližší, velmi silně zářivé galaxie (250 miliónů sv.l. od Země). Leží v hlavě souhvězdí Hada (Serpens) a vydává 100krát více světla než naše Mléčná dráha. Pravděpodobně vznikla po srážce dvou masivních galaxií.

Zvětšit obrázek

Spitzer Space Telescope

Farrahovo zjištění, že vzdálené ULIRGs jsou spojeny s rozsáhlými shluky temné hmoty, bylo překvapující i z jiného důvodu. Již název napovídá, že temná hmota nevysílá světlo, proto ji nemůžeme vidět žádným klasickým dalekohledem. Ale můžeme registrovat její gravitační účinky. Existence její hmotnosti může být odvozena z pohybu hvězd, které jsou přitahovány k oblastem, kde je tato tajemná hmota soustředěna.

Neočekávaně Farrah zjistil, že ULIRGs v různých obdobích historie vesmíru se překrývají s prstenci (halo) shluků temné látky, složené z velmi podobné hmoty. Tato pozorování naznačují, že k vytvoření galaxií a kup galaxií je nezbytné minimální množství temné hmoty. Farrah věří, že jeho studie pomohou lépe pochopit úlohu temné hmoty při formování a vývoji vesmíru.

Zdroje:
http://www.news.cornell.edu/stories/April06/spatial.clusters.ak. html
http://www.mpa-garching.mpg.de/~volker/ html
http://www.mpa-garching.mpg.de/galform/millennium/

(adresa pro animace a počítačové modely)