Mlečni put rotira, sva materija unutar njegovog diska se kreće oko njegovog centra. Vera Rubin je sedamdesetih godina prošlog veka pokazala da su brzine zvezda iste u celoj galaksiji, da ne opadaju sa udaljenošću od centra. Rad Rubinove je hipotetički ukazao na nevidljivu tamnu materiju koja kvantitativno nadmašuje vidljivu materiju, gravitaciono deluje na udaljene zvezde i daje im dodatni potisak. Od tada su slične pojave primećene i u dalekim galaksijama.

ESA-in svemirski teleskop Gaia (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) precizno prati lokaciju, udaljenost i kretanje više od milijardu zvezda širom Mlečnog puta. Lina Neciba, Xiaowei Ou, Anna-Christina Eilers i Anna Frebel, fizičari sa MIT-a su analizirali Gaina merenja i odredili brzinu više od 33 000 zvezda, uključujući i one najudaljenije od centra galaksije. Odredili su „kružnu brzinu“ svake zvezde s obzirom na udaljenost od centra galaksije.

Generisana je kriva rotacije - standardni grafikon u astronomiji koji predstavlja brzinu rotiranja materije na datoj udaljenosti od centra galaksije i količinu vidljive i tamne materije u galaksiji.

„Bili smo iznenađeni kada smo videli je da je kriva ostala ravna na određenoj udaljenosti, a zatim je počela da pada.” kaže Lina Necib, docent fizike na MIT-u. „To znači da se spoljašnje zvezde kreću sporije nego što se očekivalo, što je iznenađujući rezultat."

Tim je novu krivu rotacije preveo u distribuciju tamne materije kojom bi moglo da se objasni usporavanje spoljašnjih zvezda. Centar Mlečnog puta ima manju gustinu, sa manje tamne materije nego što se mislilo.

„Ovaj rezultat je u suprotnosti sa drugim merenjima", kaže Necib. „Negde se dešava nešto sumnjivo, i zaista je uzbudljivo otkriti gde je to i imati koherentnu sliku Mlečnog puta.”

Anna-Christina Eilers, sa MIT-a je 2019. radila na crtanju krive rotacije Mlečnog puta, koristeći ranije podatke sa satelita Gaia, sa zvezda udaljenih čak oko 81.000 svetlosnih godina od centra galaksije.

Na osnovu ovih podataka, Eilers je primetila da je kriva rotacije Mlečnog puta ravna, sa blagim padom, slična kao u udaljenim galaksijama. Gustina tamne materije u jezgru galaksije je verovatno bila velika. Ovo se sada promenilo, pošto je teleskop objavio novu grupu podataka, ovog puta uključujući zvezde udaljene čak skoro 100.000 svetlosnih godina od jezgra galaksije.

„Na ovim udaljenostima je krajnji rub galaksije gde je sve manje zvezda“, kaže Frebel. „Niko nije istraživao kako se materija kreće u spoljnim predelima galaksije, gde nema ničega."

Frebel, Necib, Ou i Eilers su se bacili na Gaine nove podatke, da prošire Eilersovu početnu krivu rotacije. Da bi precizirao analizu tim je dopunio Gaine podatke merenjima sa Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) na zemlji koji meri sjaj, temperaturu, elementarni sastav i dr. više od 700.000 zvezda u Mlečnom putu.

„Sve ove informacije unosimo u algoritam kako bismo uočili veze koje nam onda mogu dati bolje procene udaljenosti zvezde“, objašnjava Ou. "Tako možemo ići na veće udaljenosti."

Tim je utvrdio precizne udaljenosti za više od 33.000 zvezda i koristio ova merenja da generiše trodimenzionalnu mapu zvezda u Mlečnom putu, do oko 100 000sg. Zatim su je ugradili u model brzine kruženja, kako bi simulirali brzinu svake zvezde, s obzirom na distribuciju svih ostalih zvezda u galaksiji. Ucrtali su brzinu i udaljenost svake zvezde na grafikonu i dobili ažuriranu krivu rotacije Mlečnog puta.

„Tamo se pojavila neobičnost“, kaže Necib.

Umesto da vidi blagi pad kao kod prethodne krive rotacije primećena je nova kriva na spoljnom kraju koja je pala jače nego što se očekivalo, što sugeriše da iako zvezde mogu da putuju jednako brzo do određene udaljenosti, one iznenada usporavaju na najvećoj udaljenosti. Čini se da zvezde na periferiji putuju sporije nego što se očekivalo.

Kada je tim preveo ovu krivu rotacije na količinu tamne materije koja mora postojati u čitavoj galaksiji, otkrili su da jezgro Mlečnog puta može sadržati manje tamne materije nego što je ranije procenjeno.

"Ovaj rezultat je u tenziji sa drugim merenjima", kaže Necib. „Razumevanje ovog rezultata će imati duboke posledice. Ovo bi moglo dovesti do više skrivenih masa iza ivice galaktičkog diska ili preispitivanja stanja ravnoteže naše galaksije. Nastojimo da pronađemo ove odgovore u predstojećem radu, koristeći simulacije visoke rezolucije galaksija sličnih Mlečnom putu.”

Studija je objavljena u Royal Society Journal:

https://academic.oup.com/mnras/article/528/1/693/7513209

https://physics.mit.edu/news/study-stars-travel-more-slowly-at-milky-ways-edge/?fbclid=IwZXh0bgNhZW0CMTAAAR09L_XDEdJVnph3cNk-fnR1HmYHGi4RK_kzB7z08XheYJoPHIsC54racY0_aem_ATzjfYN71H9iAZ8V6Xwy7p2C1IAJa218PFxwvPsrGT2f9-3EA6XJ82-iwzbVfva70D27LyR5OdVXsxeQ-g4B4Um_

SVE JE FIZIKA Miša Bracić