Pressmeddelande

Galaxernas mörk materia hade mindre inflytande då universum var ungt

Vanlig materia viktigast i avlägsna galaxer enligt observationer med VLT

15 mars 2017

I dagens galaxer regerar den mystiska mörka materian. Nya observationer tyder på att för 10 miljarder år sedan dominerades istället massiva galaxer av “vanlig” materia. Den oväntade upptäckten, som gjorts med hjälp av ESO:s Very Large Telescope, tyder på att den mörka materian hade mindre inflytande i det unga universum, då galaxer och stjärnor bildades som mest, än vad den har idag. Rönen presenteras idag i en artikel i tidskriften Nature samt i tre andra nya forskningsartiklar.

Universums vanliga, eller baryoniska, materia framträder som skinande ljusa stjärnor, glödande gas och moln av stoft. I kontrast sänder den mer svårfångade mörka materian inte ut ljus. Den varken absorberar eller reflekterar ljus och kan bara studeras genom dess gravitationella inflytande. Att den mörka materian finns ger bland annat en förklaring till varför de yttre delarna av närliggande spiralgalaxer roterar snabbare än man skulle vänta sig om de bara innehöll vanlig, synlig materia [1].

Nu har ett internationellt forskarlag, som leds av Reinhard Genzel vid Max Planck-institutet för utomjordisk fysik i Garching, Tyskland, mätt upp rotationen hos sex massiva galaxer i det avlägsna universum som alla bildar nya stjärnor med rask takt. Dessa galaxer syns som de var då galaxernas tillväxt i universum var som störst, för 10 miljarder år sedan. Forskarna använde instrumenten KMOS och SINFONI vid ESO:s Very Large Telescope i Chile [2].

De fann en spännande skillnad med spiralgalaxer i dagens universum. De yttre delarna av dessa avlägsna galaxer roterar långsammare än de inre delarna som ligger närmare kärnan. Det tyder på att det i galaxerna finns mindre mörk materia än vad man förväntat sig.

Reinhard Genzel, förstaförfattare till forskningsartikeln som publicerades i Nature, kommenterar upptäckten.

– Förvånansvärt nog är rotationshastigheterna inte konstanta, utan minskar när vi går längre ut i galaxerna. Troligen finns det två orsaker till detta. För det första domineras dessa tidiga massiva galaxer av vanlig materia. Där spelar den mörka materian en mycket mindre roll än i det lokala universum. Dessutom var dessa tidiga skivor mycket mer turbulenta är de spiralgalaxer som vi ser i vårt kosmiska grannskap, säger han.

Båda effekterna tycks bli mer framträdande när astronomer tittar allt längre bakåt i tiden, in i det unga universum. Detta kan innebära att redan 3 till 4 miljarder år efter Stora smällen hade galaxernas gasreserver effektivt kondenserat till en tunna, roterande skivor. Haloerna av mörk materia som omgav dem var mycket större och mer utsträckta. Tydligen tog det flera miljarder år till innan också den mörka materian kunde kondensera sig. Därför är det först i dagens universum som dess dominerande effekt syns.

Denna förklaring stämmer väl överens med andra iakttagelsen att galaxer i det unga universum innehöll mycket mer gas och var mer kompakt än dagens galaxer.

De sex galaxerna som kartlagts i denna studie ingår i ett större urval av hundra avlägsna stjärnbildande skivgalaxer som observerats med instrumenten KMOS och SINFONI på ESO:s Very Large Telescope vid Paranalobservatoriet i Chile. Utöver att mäta upp sex stycken enskilda galaxer tog forskarna även fram en genomsnittlig rotationskurva genom att lägga ihop de svagare signalerna från de andra galaxerna. Denna sammansatta kurva visar också samma mönster med minskande hastighet längre bort från galaxernas mitt. Dessutom får forskningsresultaten stöd av två andra studier av 240 stjärnbildande skivor.

Detaljerade beräkningar visar att medan den vanliga materian i snitt står för omkring hälften av den totala massan hos alla galaxer, så dominerar den helt dynamiken hos de mest avlägsna galaxerna.

 

Noter

[1] En spiralgalax skiva behöver typiskt hundratals miljoner år för att göra ett helt varv. I spiralgalaxers kärnor finns höga koncentrationer av stjärnor, men tätheten av denna ljusa materia minskar mot galaxernas utkanter. Om en galax skulle helt bestå av normal materia, så borde de glesare, yttre delarna rotera långsammare än galaxernas tätpackade centrala delar. Men observationer av närliggande spiralgalaxer visar att deras inre och yttre delar faktiskt roterar med ungefär samma hastighet. Dessa “platta rotationskurvor” tyder på att spiralgalaxer måste innehålla stora mängder av materia som inte lyser och som ligger i en halo av mörk materia som helt omger galaxskivan.

[2] Mätningarna gjordes med de tredimensionella spektrograferna KMOS och SINFONI som sitter på ESO:s Very Large Telescope i Chile inom ramarna för två kartläggningsprojekt, KMOS3D och SINS/zC-SINF. Detta är den mest omfattande studie hittills av dynamiken hos ett stort antal galaxer som studerats i rödförskjutningspannet z = 0.6 - 2.6, vilket motsvarar cirka fem miljarder år i kosmisk tid.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i en artikel med titel “Strongly baryon dominated disk galaxies at the peak of galaxy formation ten billion years ago” av R. Genzel m. fl. som publiceras i tidskriften Nature.

Forskarlaget består av R. Genzel (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland; University of California, Berkeley, USA), N. M. Förster Schreiber (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland), H. Übler (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland), P. Lang (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland), T. Naab (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Tyskland), R. Bender (Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland; Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland), L.J. Tacconi (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland), E. Wisnioski (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland), S.Wuyts (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland; University of Bath, Bath, Storbritannien), T. Alexander (The Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), A. Beifiori (Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland; Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland), S.Belli (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland), G. Brammer (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA), A.Burkert (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Tyskland; Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland) C.M. Carollo (Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich, Schweiz), J. Chan (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland), R. Davies (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland), M. Fossati (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland), A. Galametz (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland), S. Genel (Center for Computational Astrophysics, New York, USA), O. Gerhard (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland), D. Lutz (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland), J.T. Mendel (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland), I. Momcheva (Yale University, New Haven, USA), E.J. Nelson (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland; Yale University, New Haven, USA), A. Renzini (INAF, Padova, Italien), R.Saglia (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland; Universitäts-Sternwarte, Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland), A. Sternberg (Tel Aviv University, Tel Aviv, Israel), S. Tacchella (Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich, Schweiz), K.Tadaki (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland) och D. Wilman (Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland; Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland).

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 16 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop. VISTA arbetar i infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop och VST (VLT Survey Telescope) är det största teleskopet som konstruerats enbart för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO är en huvudpartner i ALMA, världens hittills största astronomiska projekt. Och på Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO det europeiska extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikel 1

• Forskningsartikel 2

• Forskningsartikel 3

• Forskningsartikel 4

• Bilder på VLT

Kontakter

Reinhard Genzel
Director, Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Garching bei München, Germany
Tel: +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
Tel: +49 89 30000 3524
E-post: forster@mpe.mpg.de

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

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1709 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.