Nowe dowody dostarczone przez obserwatorium rentgenowskie Chandra stawiają wyzwanie alternatywnej teorii grawitacji eliminującej potrzebę istnienia ciemnej materii. Obserwacje zawężają też listę form, w których może występować ten tajemniczy (i dominujący) składnik Wszechświata.

Obserwacje galaktyki NGC 720 pokazują, że znajduje się ona w nieco spłaszczonej, elipsoidalnej chmurze gorącego gazu, której orientacja jest różna od orientacji optycznego obrazu galaktyki. Spłaszczenie jest zbyt wielkie, aby mogło być wyjaśnione przez teorię, w których gwiazdy i gaz zawierają większą część masy galaktyki.

Porównanie optycznego i rentgenowskiego obrazu galaktyki NGC 720 wskazuje, że musi się ona składać głównie z ciemnej materii.

Kształt i orientacja chmury gazu wymaga, aby była ona uwięziona przez mające kształt jajka halo ciemnej materii” – powiedział David Buote z University of California, autor raportu, który 20 września ukazał się w Astrophysical Journal. “Oznacza to, że ciemna materia nie jest po prostu złudzeniem spowodowanym przez niedoskonałość standardowej teorii grawitacji. Ciemna materia istnieje naprawdę“.

Zgodnie z ogólnie akceptowaną standardową teorią grawitacji, gorąca chmura widoczna w promieniowaniu X potrzebuje dodatkowego źródła grawitacji, halo ciemnej materii, aby powstrzymać gaz przed rozszerzaniem się. Masa potrzebnej ciemnej materii powinna być pięć do dziesięciu razy większa niż masa gwiazd w galaktyce. Gdyby ciemna materia odpowiadała światłu widzialnemi gwiazd w galaktyce, gorąca chmura promieniowania X powinna być bardziej okrągła niż jest w rzeczywistości. Jej spłaszczenie wymaga spłaszczonego halo ciemnej materii.

Alternatywna teoria grawitacji, nazwana MOND (Modified Newtonian Dynamics) została zaproponowana w 1983 roku przez Mordecai’a Milgroma z Instytutu Weizmanna w Izraelu. MOND nie potrzebuje ciemnej materii dzięki temu, że zmienia postać prawa powszechnego ciążenia w przypadku bardzo małych przyspieszeń, takich jakie występują w zewnętrznych częściach galaktyki. O teorii można przeczytać w październikowym numerze Świata Nauki. MOND nie jest jednak w stanie wyjaśnić obserwacji NGC 720 poczynionych przez Chandrę. To pierwszy dowód pozwalający odróżnić MOND od teorii ciemnej materii.

Uczeni odkryli również, że dane Chandry potwierdzają to, co przewiduje teoria chłodnej ciemnej materii, mówiąca że składa się ona z wolno poruszających się cząstek oddziałujących ze sobą i ze “zwykłą” materią jedynie za pomocą siły grawitacji. Inne proponowane formy ciemnej materii, takie jak samooddziałująca ciemna materia czy chłodna cząsteczkowa ciemna materia, nie zgadzają się w obserwacjami, gdyż wymagają odpowiednio bardziej okrągłego lub bardziej spłaszczonego halo.

Istotna była zdolność Chandry do precyzyjnego identyfikowania i lokalizowania punktowych źródeł emisji rentgenowskiej” – powiedział Buote. “Dzięki temu udało nam się dokładnie zmierzyć kształt i orientację konturu rentgenowskiego“.

Wnioskiem płynącym z obserwacji NGC 720 jest stwierdzenie, że halo ciemnej materii nie było w przeciągu ostatnich 100 milionów lat zaburzone przez kolizję lub połączenie się galaktyki z inną. Potwierdza to brak śladów takich wydarzeń.

NGC 720 znajduje się około 80 milionów lat świetlnych od nas. Obserwatorium satelitarne Chandra obserwowało ją przez 11 godzin za pomocą urządzenia Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS).

Autor

Michał Matraszek