Część niewidocznej ciemnej materii, która tworzy nawet 95% masy Galaktyki, może być pod postacią niewykrytych dotychczas białych karłów.

W pracy opublikowanej w piątkowym magazynie Science zespół astronomów angielskich i amerykańskich ogłosił, że ostatnio odkryte w pobliżu Układy Słonecznego ponad trzy tuziny zimnych białych karłów (w rzeczywistości bardziej niebieskich niż białych) mogą reprezentować większy zbiór takich gwiazd. Mogą one być znaczącą częścią masy naszej galaktyki.

Zagadka ciemnej materii pochodzi z lat 30 dwudziestego wieku, kiedy to astronom Fritz Zwicky zmierzył prędkości obracania się galaktyk i okazały się dużo większe niż spodziewano na podstawie szacowanej masy. Jedynym wytłumaczeniem mogło być stwierdzenie, że przyczyną tak dużych prędkości jest znacznie większa rzeczywista masa galaktyki z powodu obecności niewidocznej, ciemnej materii. Obserwacje Zwickiego były przez lata weryfikowane i potwierdzane. Nieprawdziwy okazał się model, w którym prędkość gwiazdy w galaktyce spada wraz ze wzrostem odległości od jej środka. Taka prawidłowość miałaby miejsce, gdyby galaktyka miała konkretny promień, w którym mieszczą się gwiazdy. Tymczasem istnieje jeszcze olbrzymie halo galaktyczne zbudowane z niewidzialnych pyłów i gazów. Obecnie szacuje się, że 95% masy galaktyk takich jak Mleczna Droga zbudowane jest z czarnej materii.

O ile astronomowie byli w stanie wykazać ilość ciemnej materii, wciąż nie mogą poznać jej składu. Niektórzy uważaja, że znaczna część jej masy to egzotyczne, ciężkie cząsteczki, które nie zostały jeszcze zaobserwowane. Określa się je mianem WIMPs (weakly interacting massive particles). Reszta jest w postaci barionowej, tzn. zwykłej materii, zgromadzonej w masywne obiekty zwane z kolei MACHOs.

WIMPy są z natury trudne do wykrycia. Tymczasem grupy astronomów podjęła starania aby odkryć MACHOs. Ponieważ są zbyt ciemne aby je bezpośrednio dostrzec, naukowcy pokładali nadzieję w obserwacjach zmian jasności gwiazd będących tłem ewentualnych MACHOs. Zaobserwowano także zjawiska mikrosoczewkowania grawitacyjnego dzięki czemu stwierdzono, że takie obiekty mogą mieć masę taką jak białe karły, końcowe etapy ewolucji większości gwiazd.

Główny autor wspomnianej pracy, Ben Oppenheimer z Uniwersytetu Berkeley powiedział, że brązowe karły mogą stanowić podstawową część masy galaktyk. Wiemy, że istnieją, znamy nawet ich masę ale nigdy ich nie widzieliśmy. W swoich badaniach, aby udowodnić podobieństwo brązowych i białych karłów, Oppenheimer zebrał zdjęcia okolic południowego bieguna Galaktyki szukając obiektów, które mogą być białymi karłami. Zidentyfikował 92 relatywnie bliskich (widoczny był ruch) kandydatów. Wraz z Nigelem Hamblym i Andrew Dighby z Instytutu Astronomii Uniwersytetu w Edynburgu przebadał widma 69 z nich (tyle maksymalnie można było “zobaczyć” czterometrowym teleskopem w Chile). 38 miało spektra które pasowały do białych karłów. Jakby tego było mało, wszystkie z wyjątkiem czterech miało niebieskawy kolor, dowód, że są naprawdę zimne i stare (w procesie stygnięcia wytwarzały ściśnięte atmosfery molekularnego wodoru, które mogły odfiltrowywać promienie czerwone i podczerwone powodując niebieskawy kolor gwiazdy).

Wszystkie 38 karłów znajduje się w odległości do 450 lat świetlnych od Ziemi. Abstrahując do całej Galaktyki Oppenheimer i współautorzy artykułu w Science wywnioskowali, że białe karły są najprawdopodobniejszymi kandydatami na obiekty MACHO i mogą tworzyć nawet 35% masy ciemnej materii. Odkryliśmy w halo galaktycznym zbiór nieznanych gwiazd, które reprezentują frakcję materii barionowej.

Chociaż praca naukowców skupiła się na potencjanym wkładzie białych karłów w ciemną materię, badania odgrywają również rolę w zrozumieniu ewolucji gwiazd. Didier Saumon, astronom z Uniwersytetu Vanderbilt, jeden ze współautorów, wyjaśnia, że zimne białe karły są “kosmiczną skamieniałością” wczesnych gwiazd w galaktycznym halo. Ciągle jest jeszcze dużo do nauczenia się o tym, jak formowały się galaktyki, a w nich gwiazdy na przykładzie obserwowanej grupy. Badania nie dotyczą zatem wyłącznie białych karłów lecz sięgają wielu gałęzi astrofizyki. Jest tam historia Galaktyki, jest ciemna materia. Wszystko to jest związane z tym odkryciem– podsumowuje Saumon.

Autor

Wojtek Rutkowski