eso1709nb — Pressemelding

Mørk materie mindre innflytelsesrik i galakser i det tidlige universet

Observasjoner av fjerne galakser gjort med VLT antyder at de var dominert av vanlig materie

15. mars 2017

Nye observasjoner tyder på at massive, stjernedannende galakser var dominert av baryonsk eller «vanlig» materie for 10 milliarder år siden. Dette står i stor kontrast til dagens galakser hvor effekten av den mystiske mørke materien synes å være mye større. Dette overraskende resultatet indikerer at mørk materie hadde mye mindre innflytelse i det tidlige universet enn det har i dag. Observasjonene ble gjort med ESOs Very Large Telescope og resultatene er presentert i fire vitenskapelige artikler, hvor den ene blir publisert i Nature i dag.

Det er vanlig materie vi ser når vi ser på skinnende stjerner, lysende gass og skyer av støv. Men den mer flyktige mørke materien verken stråler, absorberer eller reflekterer lys, og kan kun bli observert gjennom gravitasjonelle effekter. Eksistensen av mørk materie kan forklare hvorfor ytterkanten av spiralgalakser roterer mye raskere enn forventet enn dersom det bare var vanlig materie tilstede [1].

Nå har et internasjonalt team av astronomer ledet av Reinhard Genzel ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i Garching i Tyskland brukt instrumentene KMOS og SINFONI på ESOs Very Large Telescope i Chile [2] for å måle rotasjonen til seks massive, stjernedannende galakser i det fjerne universet, sett 10 milliarder år tilbake i tid.

Det de fant var interessant: De ytre delene av disse fjerne galaksene roterer saktere enn områdene nærmest kjernen, i motsetning til spiralgalaksene vi ser i det moderne universet. Dette tyder på at det er mindre mørk materie tilstede enn forventet [3].

«Overraskende nok er ikke rotasjonshastigheten konstant, men avtar lenger ut i galaksen», kommenterer Reinhard Genzel, som er hovedforfatteren av artikkelen i Nature. «Det er trolig to årsaker til dette. For det første er flesteparten av disse tidlige massive galaksene dominert av vanlig materie, slik at den mørke materien spiller en mye mindre rolle enn i det lokale universet vårt. For det andre er galakseskivene til disse tidlige galaksene mye mer turbulente enn det vi ser hos spiralgalaksene i vårt nabolag.»

Begge disse effektene blir mer markert desto lenger tilbake i tid astronomene ser. Dette tyder på at gassen i disse galaksene ble omformet til en flat, roterende skive rundt 3–4 milliarder år etter Det store smellet mens den mørke materieskyen som omgir dem var mye større og mer spredt utover. Det skal ha tatt enda noen milliarder år før den mørke materien også kondenserte seg, som gjør at den dominerende effekten kun ses på rotasjonshastigheten til dagens galakseskiver.

Denne forklaringen stemmer overens med observasjoner som viser at tidlige galakser var mye mer gassrike og kompakte enn dagens galakser.

De seks galaksene som ble kartlagt i denne studien ble plukket ut blant et større utvalg bestående av rundt hundre fjerne, stjernedannende galakser som er blitt avbildet med instrumentene KMOS og SINFONI på ESOs Very Large Telescope ved Paranal-observatoriet i Chile. I tillegg til å gjøre målinger av de seks individuelle galaksene med disse instrumentene, har forskerne beregnet den gjennomsnittlige rotasjonskurven ved å kombinere det svake signalet fra de andre galaksene. Denne sammensatte kurven viser den samme avtagende rotasjonshastigheten i utkanten av galaksene. Det er i tillegg to studier som har sett på 240 stjernedannende galakser som støtter disse funnene.

Detaljert modellering viser at mens vanlig materie i gjennomsnitt står for om lag halvparten av den totale massen av alle galakser, dominerer den vanlige materien dynamikken fullstendig i galakser ved de høyeste rødforskyvningene.

Fotnoter

[1] Galakseskiven i en spiralgalakse roterer over en tidsskala på hundrevis av millioner av år. Kjernen til spiralgalakser har høy konsentrasjon av stjerner, mens tettheten av lysende materie avtar utover. Dersom galaksen bare bestod av vanlig materie, ville de ytre, diffuse områdene rotert saktere enn det sentrale, tettpakkede området i sentrum. Men observasjoner gjort av nærliggende spiralgalakser viser at den indre og ytre delen av galaksene roterer med omtrent samme hastighet. Disse «flate» rotasjonskurvene tyder på at spiralgalaksene må bestå av store mengder ikke-lysende materie i en sky av mørk materie som omgir galaksen.

[2] Dataene som er blitt analysert ble innhentet med spektrometrene KMOS og SINFONI på ESOs Very Large Telescope i Chile som en del av kartleggingsprosjektene KMOS3D og SINS/zC-SINF. Dette er første gang at en så omfattende studie av dynamikken til et stort antall galakser i et rødforskyvningsintervall på z ~0,6 til z ~ 2,6 (eller fem milliarder år i kosmisk tid) er blitt gjort.

[3] Dette nye resultatet setter ikke spørsmålstegn ved behovet for mørk materie som en grunnleggende del av universet eller den totale mengden mørk materie som finnes i universet. Det betyr i stedet at mørk materie ble ulikt fordelt i og rundt galakseskivene i tidligere tider i forhold til i dag.

Mer informasjon

Denne studien ble presentert i artikkelen «Strongly baryon dominated disk galaxies at the peak of galaxy formation ten billion years ago» av R. Genzel et al., som blir publisert i Nature.

Teamet består av R. Genzel (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland; University of California, Berkeley, USA), N.M. Förster Schreiber (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), H. Übler (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), P. Lang (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), T. Naab (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Tyskland), R. Bender (Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), L.J. Tacconi (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), E. Wisnioski (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), S.Wuyts (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany; University of Bath, Bath, UK), T. Alexander (The Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), A. Beifiori (Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), S.Belli (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), G. Brammer (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA), A.Burkert (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Tyskland; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland) C.M. Carollo (Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich, Sveits), J. Chan (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), R. Davies (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), M. Fossati (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland), A. Galametz (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland), S. Genel (Center for Computational Astrophysics, New York, USA), O. Gerhard (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), D. Lutz (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), J.T. Mendel (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland), I. Momcheva (Yale University, New Haven, USA), E.J. Nelson (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland; Yale University, New Haven, USA), A. Renzini (Vicolo dell'Osservatorio 5, Padova, Italia), R.Saglia (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland), A. Sternberg (Tel Aviv University, Tel Aviv, Israel), S. Tacchella (Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich, Sveits), K.Tadaki (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland) and D. Wilman (Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland).

ESO, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens desidert mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 16 land: Belgia, Brasil, Danmark, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Polen, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike, samt vertsnasjonen Chile. ESOs ambisiøse virksomhet fokuserer på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg for å muliggjøre banebrytende vitenskapelige oppdagelser. ESO spiller også en ledende rolle i å fremme og organisere samarbeid innenfor astronomisk forskning. ESO driver tre unike, verdensledende observatorier i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. Ved Paranal har ESO oppført Very Large Telescope, verdens mest avanserte astronomiske observatorium for synlig lys, og to såkalte kartleggingsteleskoper. VISTA observerer i infrarødt og er verdens største kartleggingsteleskop, mens VLT Survey Telescope er det største teleskopet som er designet utelukkende for himmelkartlegginger i synlig lys. ESO er en viktig partner i ALMA, nåtidens største astronomiprosjekt. På Cerro Armazones, ikke langt fra Paranal, er ESO i ferd med å bygge European Extremely Large Telescope (E-ELT). Med en speildiameter på 39 meter vil dette bli det største «øye» i verden som skuler opp på himmelen.

Linker

Kontakter

Maria Hammerstrøm
Institutt for teoretisk astrofysikk, Universitetet i Oslo
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

Reinhard Genzel
Director, Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 30000 3280
E-post: genzel@mpe.mpg.de

Natascha M. Forster Schreiber
Senior Scientist, Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 30000 3524
E-post: forster@mpe.mpg.de

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6655
Mob.: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

ESO i sosiale medier

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1709 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO.

Om pressemeldingen

Bilder

Sammenligning av roterende galakseskiver i det fjerne og det nære universet
Sammenligning av roterende galakseskiver i det fjerne og det nære universet
Galaktiske rotasjonskurver
Galaktiske rotasjonskurver

Videoer

ESOcast Lys 100: Mørk materie mindre innflytelsesrik i det tidlige universet
ESOcast Lys 100: Mørk materie mindre innflytelsesrik i det tidlige universet
Sammenligning av roterende galakseskiver i det fjerne universet og i dag
Sammenligning av roterende galakseskiver i det fjerne universet og i dag
Sammenligning av roterende galakseskiver i det fjerne universet og i dag
Sammenligning av roterende galakseskiver i det fjerne universet og i dag

Se også