Zvětšit obrázek

V této části oblohy je dobře maskována trpasličí galaxie Segue 1. Ty jasné hvězdy k ní nepatří. Kredit: Marla Geha

Naše Mléčná dráha je po galaxii M31 v Andromedě tou druhou největší v lokální skupině galaxií. A tak není divu, že k sobě gravitačně váže několik malých, takzvaných trpasličích galaxií, které ji obíhají jako satelity. K devíti už dávněji známým, k nimž patří i Magellanova mračna, přidal Sloanův digitální průzkum oblohy (Sloan Digital Sky Survey) dalších 11. Kompletní seznam všech 20 galaktických průvodců a mapa ve volitelné škále.

Již před čtyřmi lety dvojice astronomů – Josua D. Simion z Carnegie Institution of Washington a Marla Geha(ová) z Yale University zveřejnili článek s výsledky měření rychlostí pohybu hvězd v osmi čerstvě objevených, velmi slabě zářících trpasličích galaxiích. Analýzy posuvu spektrálních čar odhalily anomálie v jejich kinematice, které lze nejlépe vysvětlit zvýšenou koncentrací temné hmoty, více než tisíc násobně převyšující veškerou viditelnou hmotu. A to je mnohem větší nepoměr, než pozorujeme v naší Mléčné dráze, v níž má temná hmota 95% zastoupení.

Zvětšit obrázek

Observatoř W. M Kecka byla vybudována ve výšce 4 145 metrů na hřebenu nejvyšší havajské sopky Mauna Kea. Je druhou největší observatoří na světě. Vpravo je pohled na voštinové primární zrcadlo jednoho z dvojčat – teleskopu Keck II. Zrcadlo s průměrem 10 metrů se skládá z 36 šestiúhelníkových segmentů ovládaných počítačem. Kredit a další snímky: W. M. Keck Observatory

Není to však až tak absurdní představa, jak by se na první pohled mohlo jevit. Struktura naší Galaxie, rozložení viditelné hmoty v ní a měření oběžných rychlostí hvězd vedly k představě, že směrem k vnějším oblastem se poměr temná/viditelná hmota zvyšuje a ta temná pak Galaxii obklopuje v podobě halo, které sahá až do vzdálenosti 300 000 světelných let od galaktického středu. A i když satelitní trpasličí galaxie řadíme do lokální skupiny galaxií, několik z nich se nachází uvnitř tohoto „našeho“ temmnohmotného halo.

Ještě jedna věc je pro tyto galaktické trpaslíky, stejně jako pro pozorované kulové hvězdokupy (mezi oběma typy seskupení není ostrá hranice a někteří astronomové by je asi celkem oprávněně naházeli do stejného šuplíku) typická – jejich hvězdy patří mezi ty nejstarší, které vznikly z první protohvězdné hmoty a tak v porovnání s mladší hvězdnou generací v hlavním galaktickém disku mají výrazně menší zastoupení prvků těžších než jsou dvě základní hvězdné ingredience – vodík a helium. Všechny tyto těžší prvky astronomové nazývají „metals“ (samozřejmě nemusí jít o kovy, ale i např. argon, kyslík, uhlík…) a jejich poměrné zastoupení (vůči vodíku) metalicitou. Simion a Gehaová prokázali, že i hvězdy v objevených trpasličích kulových galaxiích mají nízkou metalicitu a tedy jde už o postarší, matně zářící „stars“.

Zvětšit obrázek

Přístroj DEIMOS, který je součástí teleskopu Keck II, umožňuje současně zaznamenat spektra mnoha velmi slabě zářících objektů. Díky němu mohli astronomové identifikovat hvězdy, které se pohybují spolu v jedné skupině. Kredit: Marla Geha

To platí i pro další v roce 2006 při Sloanově průzkumu oblohy objevenou trpasličí kulovou galaxii Segue 1. Na obloze se promítá do oblasti souhvězdí lva a je vzdálená od nás asi 75 tisíc světelných let. Jde o mrňavé, mdle zářící, na první i druhý pohled těžko rozeznatelné seskupení asi jednoho tisíce hvězd s velmi nízkou metalicitou. Na jejich složení se prvky těžší než je helium podílí 80x méně, než ve Slunci, z čehož vyplývá, že vznikly před více než 12 miliardami let. Ze sedmi vybraných hvězd minigalaxie Segue 1 se u tří zjistilo až 2 500 násobně menší poměrné zastoupení atomů železa, než je ve Slunci. V galaktickém disku Mléčné dráhy jsou tak prastaré hvězdy mezi miliardami z mladší generace velkou vzácností.

Do teď převládalo přesvědčení – a mnozí astronomové se ho pravděpodobně ani nevzdali – že Segue 1 je jen hvězdokupou vytrženou slapovým působením naší Galaxie z nejbližší satelitní trpasličí eliptické galaxie Sagittarius (souhvězdí Střelce) obíhající ve vzdálenosti asi 70 000 světelných let od centra Mléčné dráhy. S tím ale Simion a Gehaová nesouhlasí. Jejich výzkum vedl k překvapivému závěru – zdá se, že tento malý galaktický Šmudla je vlastně největší dosud zjištěnou koncentrací temné hmoty v lokální skupině galaxií. V Segue 1 je jí prý 3 400 krát více, než je hmoty v asi tisícovce viditelných hvězd. Jak astronomové k takovému výsledku přišli? Nejdřív museli v příslušné části oblohy identifikovat hvězdy, které se pohybují společně a tvoří gravitačně propojenou skupinu. Pak měřili jejich rychlosti vzhledem k Mléčné dráze. Kdyby hmoty bylo přibližně tolik, kolik je ve viditelných hvězdách, pak by se všechny pohybovaly rychlostí 209 km/s. Jenže část z nich letí prostorem rychlostí „jenom“ 194 km/s a jiná část až 224 km/s. Rozdíl je samozřejmě způsoben rotací celého seskupení – u hvězd na straně pohybující se „k nám“, se jejich rotační rychlost odečítá a těm, co se vzdalují, se přičítá. Jenže právě toto otáčení je tak rychlé, že aby se při něm trpasličí galaxie udržela v kinetické rovnováze, tedy aby se nerozletěla do prostoru, nebo nezhroutila do těžiště soustavy, musí ji gravitačně vázat hmota téměř 600 tisíc Sluncí. Součet hmotností zářících hvězd je však 3 400krát menší. Zbytek připadá na temnou hmotu.

Tyto závěry dvojice vědců prezentovala již před dvěma lety, jenže narazila na nesouhlasnou kritiku svých kolegů (a konkurentů) z Cambridge University. Každý člověk, a vědec obzvlášť, se snaží prokázat, že se nemýlí. Vědecká polemika je pro obě strany poučná a motivující, pro vědu prospěšná, samozřejmě pokud se odehrává na poli odborných argumentů a „pravda“ se neprosazuje z pozice nadřazenosti, věku a postavení. Oba astronomové, aby prověřili a podpořili dalšími údaji svá tvrzení o „nejtemnější galaxii“, vrátili se k pozorování Segue 1 pomocí dalekohledu Keck II, jednoho z dvojice v podstatě identických teleskopů s desetimetrovými voštinovými primárními zrcadly. Článek s výsledky získanými ve spolupráci s dalšími deseti kolegy z amerických astronomických pracovišť vyšel koncem května v časopisu Astrophysical Journal a je přístupný v databáze arxiv.

Zvětšit obrázek

Když se ze snímku odstraní hvězdy, které do Segue 1 nepatří, zůstane obraz hluboké temnoty s nepatrnými tečkami slabých, velmi starých hvězd. Temná hmota v té černé „nicotě“ by vyvážila 580 000 Sluncí. Kredit: Marla Geha

Jak uvádí zpráva z Keckovy observatoře, do oblasti Segue 1 se zahleděl i Fermiho teleskop, pátrající po záblescích gama záření v naději, že v tak kompaktním seskupení temné hmoty, jakým by tato trpasličí kulová galaxie měla podle předpokladů být, se podaří zaregistrovat alespoň náznak vzájemných kolizí tajemných částic neviditelné matérie. Kdyby se mu to podařilo, čteme o tom na prvních stránkách novin. Jenže vše zůstává postaru - máme jen nepřímé gravitační indicie opírající se o měření. Podle Josua Simiona to není po téměř 30letém pátrání po podstatě temné hmoty ničím překvapivým a samozřejmě to není důkaz, že se s Gehaovou i dalšími kolegy mýlí. Právě naopak, je přesvědčen, že Segue 1 není tím největším temnohmotným „koncentrátem“ a další, na analýzu kinematiky kulových hvězdokup a trpasličích galaxií zaměřený průzkum odhalí jiné podobné oblasti.
Oponentům ale zůstává prostor pro polemiku v nemalé míře nejistoty při stanovování rozptylu rychlostí pohybu tak slabě zářících objektů v pozadí prozářené oblohy a určení jejich vzájemných gravitačních vazeb.

Video: Sloanův digitální průzkum oblohy, Sloan Digital Sky Survey (SDSS), je bezpochyby jedním z nejvýznamnějších současných astronomických projektů.

Zdroj: W. M. Keck Observatory news