Láthatatlan anyagkorong lehet a Tejútrendszerben

Egy új számítógépes szimuláció alapján a láthatatlan tömeg, azaz a sötét anyag egy része Galaxisunk fősíkjában összpontosul, ami kutatásához is jobb lehetőséget kínál.

A Világegyetemet alkotó anyag és energia nagyobb része nem látható. Ebből döntő hányadot, közel 74%-ot az ún. sötét energia tesz ki, amelyről a kapcsolódó kérdésekkel együtt korábban egy cikksorozatban számoltunk be. A láthatatlan tömeg mintegy 22%-ot ad, és csak gravitációs hatása révén detektálható. Mindaz, ami látható a Világegyetemben, a maradék közel 4%-on osztozik.

A láthatatlan tömeg kulcsszerepet játszik abban, miként tömörül az anyag nagyléptékű szerkezetekbe: galaxisokba és galaxishalmazokba. Viselkedését számítógépes szimulációkkal is elemzik, amelyek eredményeit a közvetve mért eloszláshoz hasonlítják. Nemrég Justin Read (George Lake), Oscar Agertz (University of Zurich) és Victor Debattista (University of Central Lancashire) új számítógépes szimulációk segítségével vizsgálták a láthatatlan tömeg viselkedését.

Modelljük abban különbözött a korábbiaktól, hogy nemcsak a láthatatlan tömeg önmagára kifejtett gravitációs hatását vizsgálták, hanem a látható, azaz "normál" anyag vonzását is figyelembe vették, és a kettő kölcsönhatását együtt tanulmányozták.

Az elmúlt évek elképzelései alapján a láthatatlan tömeg ritka és kiterjedt, közel gömb vagy ellipszoid alakú térrészt tölt ki a galaxisok körül, amelyet láthatatlan halo néven is említenek. Ilyet feltételeznek a Tejútrendszerben is, amelynek sötét anyaga kifelé haladva fokozatosan ritkul.

A Galaxisunk fejlődését leíró modellek alapján a Tejútrendszer látható anyagának jelentős része már a csillagváros fejlődésének korai időszakában egy lapos, korong alakú síkba koncentrálódott. Ezt nevezzük fősíknak, itt található ma Napunk, és itt van még annyi csillagközi anyag, hogy abból újabb égitestek születhetnek napjainkban is.

A fenti modell ennek a korán kialakult korongnak a gravitációs hatását is figyelembe vette a láthatatlan tömeg térbeli eloszlásának modellezésekor. Az eredmény alapján a fenti kép, amely szerint a Tejútrendszerben és a hasonló spirális galaxisokban egy halót alkot a láthatatlan tömeg, kiegészítésre szorul. A szimuláció alapján a sötét anyag egy része a fősíkot követve egy korong alakú térrészbe koncentrálódott. Bár az itt lévő láthatatlan tömeg sűrűsége csekély, hatása elméletileg kimutatható.

A fősíkba került, majd ott lassan szétoszlott láthatatlan tömeg bizonyos mértékig követi a fősíkban lévő csillagok mozgását - azaz részecskéi egy kijelölt irányba keringenek a Tejútrendszer centruma körül. Emiatt elméletileg akár könnyebben is kimutatható, mint a halót alkotó láthatatlan tömeg részecskéi - azok ugyanis nem követik a fősík égitesteinek mozgását, ezért gyorsan haladnak a Naphoz viszonyítva.

A szimulációban jelentkező láthatatlan anyag alkotta korong (piros) és a Tejútrendszer égitesteinek a 2MASS felmérés által feltérképezett eloszlása a fősíkban (J. Read and O. Agertz)

A láthatatlan tömeg részecskéi nagyon gyengén lépnek kölcsönhatásba a "normál" anyaggal. Annál nagyobb esély van az ilyen kölcsönhatások részecskedetektorokkal történő kimutatására, minél több időt tölt a láthatatlan összetevő a látható közelében. Napunk közel 220 kilométer/másodperces sebességgel kering a centrum körül. A fenti modell alapján létező láthatatlan korong részecskéi is követik valamennyire ezt a mozgást - tehát kisebb a sebességkülönbségük a Naphoz és a Földhöz viszonyítva, mint a halóban lévő részecskéké. Ennek megfelelően elképzelhető, hogy könnyebben kimutathatók a különböző detektorokkal - bár az elméleti lehetőség igazolásához még sok munka szükséges.