JWST je otkrio izdužene, filamentarne galaksije u najranijim epochama univerzuma koje standardne simulacije teško objašnjavaju. Novo istraživanje sugeriše da ta morfologija može biti posledica kvantnog talasastog ponašanja ultralakih aksiona ili efekata tople tamne materije poput sterilnih neutrina. Dalja posmatranja i unapređene simulacije mogu pomoći da se utvrdi koji model tamne materije najbolje odgovara posmatranim strukturama.
Kako JWST Može Otkriti Tamnu Materiju: Izdužene Filamentarne Galaksije Kao Trag
An illustration of the JWST against a "filament" of dark matter stretching many light-years through space. | Credit: Robert Lea (created with Canva)/NASA
Od kada je počeo sa radom 2022. godine, Teleskop Džejms Veb (JWST) otvorio je potpuno novi pogled na najranije faze univerzuma. Ipak, jedno od najvećih kosmoloških pitanja — priroda tamne materije — i dalje je nerešeno. Novo istraživanje objavljeno u časopisu Nature Astronomy sugeriše da upravo oblik i raspored najranijih galaksija koje snima JWST mogu dati važne tragove o tome od čega se sastoji tamna materija.
Tamna materija, za koju se procenjuje da čini oko 85% sveukupne materije u univerzumu, ne emituje svetlost i ne interaguje sa elektromagnetnim talasima na način na koji to čini obična materija. Zbog toga je ne možemo direktno videti — njen prisustvo zaključujemo posmatrajući gravitacione efekte na galaksije, gas i svetlost.
Dosadašnje simulacije u okviru standardnog kosmološkog modela Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM) obično predviđaju da gas teče duž tamne materije i stvara relativno sferne galaksije. Međutim, posmatranja JWST-a ukazuju na prisustvo izduženih, filamentarnih galaksija u veoma ranim epochama univerzuma, koje se teško reprodukuju u simulacijama zasnovanim isključivo na "hladnoj" tamnoj materiji.
Autori studije, među kojima su Rogier Windhorst i Álvaro Pozo, analizirali su simulacije sa alternativnim vrstama tamne materije i utvrdili da dve klase kandidata mogu prirodno da objasne filamentarne, izdužene oblike ranih galaksija:
- Ultralaki aksioni ("fuzzy" dark matter) — ako tamna materija čine veoma lagane čestice, one bi pokazivale talasasto kvantno ponašanje koje utiče na formiranje struktura i sprečava nastanak vrlo sitnih (manjih od nekoliko svetlosnih godina) objekata. Takvo talasasto delovanje daje glatkije, kontinuirane filamente kroz koje gas klizi i formira izdužene galaksije.
- Topla tamna materija — brže pokretne čestice (npr. sterilni neutrini) takođe su u stanju da utiču na male skale i proizvedu glađe filamentarne strukture u ranoj fazi univerzuma.
"U širenju univerzuma opisanom Ajnštajnovom teorijom relativnosti, galaksije rastu iz malih gomila tamne materije koje formiraju prve zvezdane klastere i spajaju se u veće strukture", objašnjava Rogier Windhorst. "JWST sada nagoveštava da najranije galaksije mogu ležati u izraženim filamentarnim strukturama koje više podsećaju na ponašanje ultralakih, talasastih čestica nego na klasičnu hladnu tamnu materiju."
Studija pokazuje da obe alternative (talasasta i topla tamna materija) stvaraju glatkije filamente nego hladna tamna materija. Kako gas i zvezde polako klize niz te filamente, nastaju izdužene galaksije kakve JWST opaža. To znači da detaljna analiza morfologije i distribucije najranijih galaksija može pomoći da se suzi izbor kandidata za tamnu materiju.
JWST će nastaviti da prikuplja podatke o neobično oblikovanim galaksijama, dok timovi na Zemlji unapređuju i proširuju simulacije. Kombinacija novih posmatranja i boljih teorijskih modela mogla bi ubuduće da razjasni jednu od najvećih misterija moderne kosmologije.
Rad tima objavljen je 8. decembra u časopisu Nature Astronomy.
Pomozite nam da budemo bolji.
