Co Vera Rubinová zjistila o temné hmotě?
Vera Rubinová (1928–2016) se spolupracovníky ukázala, že látka ve vnějších částech mnoha galaxií obíhá překvapivě rychle. Ve standardním gravitačním popisu tato měření vyžadovala více hmoty, než kolik připadalo na pozorované hvězdy a plyn. Stala se jednou z hlavních opor výzkumu temné hmoty.
© / kredit: AIP Emilio Segrè Visual Archives, AIP Gallery of Member Society Presidents · Zdroj · · Použití s uvedením kreditu AIP · Úpravy: zmenšení, doplnění rámečku a kreditu.
Co znamená změřit rotaci galaxie
Galaxii na obloze obvykle nesledujeme tak dlouho, abychom viděli hvězdu dokončit oběh. Místo toho změříme spektrální čáry různých oblastí galaxie. Jejich posuny ukazují pohyb směrem k nám nebo od nás.
Z rozdílu mezi oběma stranami galaxie, se zohledněním jejího sklonu, lze odvodit rychlost oběhu v různých vzdálenostech od středu. Graf těchto rychlostí se nazývá rotační křivka. Podrobnosti světelného měření vysvětluje spektroskopie.
Proč byl důležitý Kent Ford
Rubinová pracovala v Carnegieho instituci s Kentem Fordem, který vyvíjel citlivé spektrografické přístroje. Jejich technika umožnila získávat použitelné spektrum i ze slabších oblastí galaxií.
V roce 1970 publikovali měření oblastí ionizovaného plynu v Andromedě. V dalších letech Rubinová, Ford, Norbert Thonnard a další rozšířili výzkum na větší soubory spirálních galaxií. Síla výsledku rostla díky opakování u různých objektů, ne pouze jednomu neobvyklému grafu.
Jaká otázka vznikla na okraji galaxie
Kdyby většina hmotnosti byla soustředěna uvnitř určité oblasti, čekali bychom dostatečně daleko za ní pokles oběžné rychlosti. Podobně planety dál od Slunce obíhají pomaleji. Galaxie je složitější než planetární soustava, ale vztah mezi pohybem a rozložením hmoty lze vypočítat.
V mnoha galaxiích však rychlosti zůstávaly vysoké i ve vzdálených oblastech. Při použití obvyklých gravitačních zákonů z toho vyplývá, že významná část hmoty sahá dál než jasná hvězdná oblast. Názorné schéma níže porovnává dva případy, nikoli původní naměřená data.
Dva modelové průběhy oběžné rychlosti: hmotnost převážně v centrální oblasti a rozlehlé hmotné halo. Graf nemá číselné osy a nereprodukuje původní pozorování Rubinové a Forda.
© / kredit: Kosmologické novinky · Zdroj · Odborný podklad · CC BY 4.0 · Úpravy: vlastní schéma.
Rubinová nebyla jediným počátkem příběhu
Už Fritz Zwicky ve třicátých letech upozorňoval na chybějící hmotu v kupě galaxií Coma. Pohyb galaxií v kupě a oběh látky uvnitř jedné galaxie jsou dva různé testy. Radioastronomická měření vodíku později sledovala rotaci také daleko za jasnými hvězdnými disky.
Rubinové práce proto představuje zásadní část souboru důkazů, nikoli jediné první upozornění ani přímé zachycení částice temné hmoty.
Co jsme zjistili a co stále hledáme
Rotační křivky ukazují vztah mezi pozorovaným pohybem a potřebným gravitačním působením. Dnes je porovnáváme i s čočkováním a dalšími důkazy. Fyzikální složení temné hmoty zůstává otevřené.
Existují také alternativní gravitační popisy, které mají úspěchy u některých vlastností galaxií. Každý však musí obstát i u kup a kosmologických dat. Přínos Rubinové spočívá právě v měřeních, která každé takové vysvětlení musí respektovat.
Zdroje a další čtení
Proč je to zajímavé právě pro vás?
Rubinová, Ford a další získali důležité důkazy z rotace galaxií. Tato měření omezují fyzikální vysvětlení, ale sama neurčují, jakou částicí by temná hmota měla být.
Našli jste chybu nebo nepřesnost? Napište redakci. (redakce@kosmonovinky.cz)