Unijny projekt obnaża naturę przezroczystych galaktyk
Przez długi czas badanie kosmicznych galaktyk opierało się na obserwacji tego, co widzialne: gwiazd, planet i innych ciał niebieskich. Astrofizycy już od dawna teoretyzowali, że ciemna materia istnieje oraz że stanowi 85-90 % całej materii we wszechświecie. Jednak choć społeczność akademicka nie była w stanie bezpośrednio zaobserwować ciemnej materii, doskonałym punktem wyjścia mogą być badania tych części wszechświata, gdzie, jak sądzono, występuje ona najobficiej (takich jak galaktyki o niskiej jasności powierzchniowej, ang. low surface brightness, LSB). Poza tym, że istnieją, niewiele wiadomo o prawie przezroczystych galaktykach LSB. W jaki sposób powstają i ewoluują? Jaki jest ich związek ze zjawiskiem znanym jako halo ciemnej materii? Jak wpisują się one w obecny kosmologiczny model powstawania galaktyk? „Wykrywanie i modelowanie tego rodzaju galaktyk jest niezwykle wymagające, zarówno z obserwacyjnego, jak i teoretycznego punktu widzenia”, wyjaśnia dr Arianna Di Cintio, astrofizyczka teoretyczna odpowiedzialna za koordynowanie prac projektu DIGESTIVO we współpracy z zespołem obserwacyjnym prowadzonym przez dra Ignacio Trujillo. „Dopiero teraz, wraz z nadejściem głębokich przeglądów, możemy nareszcie badać naturę wielu takich obiektów. Podobnie, ogromny wzrost obliczeniowych możliwości superkomputerów pozwala przeprowadzać symulacje o ekstremalnie wysokiej rozdzielczości. Wszystko to wraz z odpowiednim modelowaniem mechanizmów sprzężenia zwrotnego rządzących procesem powstawania galaktyk, może nam pomóc odtworzyć wygląd galaktyk LSB”. Badania w ramach projektu DIGESTIVO, które przeprowadzono dzięki wsparciu z działania „Maria Skłodowska-Curie”, mają znaczenie fundamentalne. Tzw. model Lambda-CDM, wyjaśniający genezę kosmosu, nie dostarcza wystarczająco dużo informacji, aby zrozumieć proces powstawania galaktyk LSB. A ponieważ takich galaktyk obserwuje się coraz więcej, staje się to dla astrofizyków coraz większym problemem. „Aby rozwiać te wątpliwości, korzystaliśmy z nowych strategii obserwacyjnych. Żeby statystycznie odnieść się do właściwości galaktyk LSB, zastosowaliśmy też rozszerzone przeglądy głębokie, a ultragłębokie obrazowanie pomogło nam odkryć najbardziej obiecujące, najbledsze cele”, mówi dr Trujillo. Do najważniejszych osiągnięć projektu należy pozyskana wiedza, która pozwala zrozumieć, w jaki sposób, w kontekście kosmologicznym, powstają galaktyki LSB. „Doszliśmy do tego, przeprowadzając symulacje kosmologiczne w najwyższej rozdzielczości na świecie. Jako pierwsi przeprowadziliśmy też szczegółowe symulacje galaktyk, aby odtworzyć główne cechy tych obiektów, takie jak ich ekstremalnie duże rozmiary i bladość. Dzięki temu ustaliliśmy, że galaktyki LSB powstają na skutek współpłaszczyznowego scalenia mniejszych galaktyk równolegle z akrecją gazów na wczesnych etapach i silnymi, odgwiezdnymi wyciekami gazów z centrum, powstającymi na skutek sprzężenia zwrotnego. Sprawia to, że rozkład gwiazd i ciemnej materii w centrum galaktyki jest bardzo płytki, co pozwala odtworzyć zaobserwowaną dynamikę tych obiektów”, wyjaśnia dr Di Cintio. Tymczasem dr Trujillo wraz ze swoim zespołem badali nowy rodzaj obiektów o bardzo niskiej jasności powierzchniowej, w których nie znaleziono ciemnej materii. Badacze podjęli się szczegółowej analizy obserwacyjnej tych galaktyk i jednocześnie sprawdzali prognozy kosmologiczne oparte na tych symulacjach. „Ustaliliśmy, że obiekty te można zrozumieć wedle obecnie przyjętych zasad, pod warunkiem że rozkład ciemnej materii w ich wewnętrznych obszarach jest bardzo jednolity i wykazuje tzw. rozszerzone centralne halo ciemnej materii”. Ostatecznie projekt DIGESTIVO dostarcza nieocenionego wglądu w proces powstawania galaktyk LSB i poznawania ich cech. Dzięki niemu mamy też lepszy ogląd rozkładu masy w galaktykach. „Rozszerzone centra w halo ciemnej materii, które odkryliśmy w naszych symulacjach LSB, są niezwykle frapujące dla społeczności akademickiej. Pomogą wyjaśnić coraz większą liczbę obserwacji, w których dynamika galaktyk LSB jest trudna w interpretacji”, dodaje na koniec dr Di Cintio.
Słowa kluczowe
DIGESTIVO, galaktyki o niskiej jasności powierzchniowej, LSB, ciemna materia