Objev prstence temné hmoty v kupě galaxií

Myungkook James Jee a jeho kolegové z Univerzity Johnse Hopkinse v Baltimore ohlásili zajímavý objev: Hubblovým vesmírným teleskopem pozorovali v galaktické kupě Cl 0024+17 prstenec temné hmoty, který vznikl pravděpodobně srážkou Cl 0024+17 s jinou obří galaktickou kupou.

O temné hmotě se v astronomii začalo mluvit před necelými 80 lety, kdy si astrofyzik Fritz Zwicky při studiu galaktické kupy v souhvězdí Vlas Bereničin uvědomil, že by gravitační síla zářící hmoty neudržela kupu pohromadě. Vyslovil proto hypotézu, že kromě zářící látky existuje i „temná“ hmota, jejíž gravitační síla přispívá k udržení kupy. Dnes se většina astronomů domnívá, že zářivá hmota tvoří méně než jedno procento celkové hmoty vesmíru, ostatní hmota je temná a (jak vyplývá z kosmologických úvah) převážná většina z ní má složení zcela odlišné od „běžné“ hmoty, tvořené protony, neutrony a elektrony.

Jak mohli astronomové pozorovat něco, co ze své podstaty nemá být vidět? Gravitace temné hmoty nepůsobí jen na galaxie uvnitř kupy, ale také na světlo ze vzdálenějších objektů, které kupou prochází. Podle obecné teorie relativity silné gravitační pole světelné paprsky deformuje, kupa tedy působí jako čočka, přes niž se díváme do vzdálenějšího vesmíru. Pečlivým studiem deformace obrazů vzdálených galaxií můžeme rekonstruovat tvar čočky, tj. rozložení veškeré hmoty uvnitř kupy.

Galaktická kupa Cl 0024+17 je od Země vzdálena 5 miliard světelných let. Vědci studovali deformace tvarů asi u 1300 objektů nacházejících se za ním. Z jejich analýzy vyplývá, že střed kupy obklopuje prstenec temné hmoty o poloměru 2,6 milionu světelných let. Ačkoliv byla temná hmota touto metodou už dříve „pozorována“ u jiných galaktických kup, nikdy nebylo její rozložení tak pravidelné. Navíc je temná hmota v tomto případě mimo zářící galaxie a plyn, což umožňuje studovat ji odděleně.

Právě značná pravidelnost v rozložení temné hmoty však byla zdrojem pochyb samotných vědců o správnosti zvolené metody. Co způsobuje toto rozložení? Po vyloučení chyb při zpracování dat začali pátrat po možné fyzikální příčině.

Na škále stovek milionů světelných let by se rozložení hmoty ve vesmíru dalo přirovnat ke spletité síti plné jemných vláken. Galaktické kupy, tvořící „uzly“ této sítě, hmotu vláken postupně požírají, a tím se kupy zvětšují a navzájem přibližují. Srážky obřích kup tedy nejsou příliš neobvyklé, něco takového se kupě Cl 0024+17 klidně mohlo přihodit. Svědčí o tom i nedávná měření rychlostí jednotlivých galaxií, která r. 2002 provedl Oliver Czoske z Univerzity v Bonnu. Czoske objevil dvě početné skupiny galaxií pohybující se navzájem opačně orientovanými rychlostmi a vypočítal, že jde o pozůstatek čelní srážky, k níž došlo před 1 až 2 miliardami let. James Jee a jeho spolupracovníci provedli řadu numerických simulací této události. Z výsledků plyne, že se při srážce uvolnily dvě rychle expandující přibližně kulové obálky temné hmoty, které při pohledu ze Země podél linie srážky budí dojem prstencové struktury.

Objev prstence v Cl 0024+17 je významným krokem k experimentálnímu ověření hypotézy temné hmoty. Zatím není úplně jasné, jak se s tímto objevem vypořádají alternativní hypotézy, jako je například teorie MOND, založená na modifikaci Newtonova pohybového zákona. Je však jisté, že zastánci těchto teorií mají před sebou poměrně náročný úkol. (Astrophys. J. 661, 728, 2007)