Mørkt stof mindre indflydelsesrig i galakser i det tidlige univers

Nye observationer viser, at massive, stjernedannende galakser under den højeste epoke af galaksedannelse, 10 milliarder år siden, var domineret af baryonisk eller 'normalt' stof. Dette er i skarp kontrast til nutidens galakser, hvor virkningerne af mystisk mørkt stof synes at være meget større. Dette overraskende resultat blev opnået ved hjælp af ESO's Very Large Telescope og antyder, at mørkt stof var mindre indflydelsesrigt i det tidlige univers, end det er i dag.

Vi ser normalt stof som stærkt lysende stjerner, glødende gas og støvskyer. Men det mere uhåndgribelige mørke stof udsender ikke, absorberer eller reflekterer lys og kan kun observeres via dets gravitationseffekter. Tilstedeværelsen af ​​mørkt stof kan forklare, hvorfor de ydre dele af nærliggende spiralgalakser roterer hurtigere, end man ville forvente, hvis kun det normale stof, som vi kan se direkte, var til stede.

Nu, et internationalt hold af astronomer ledet af Reinhard Genzel ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i Garching, Tyskland har brugt KMOS- og SINFONI-instrumenterne ved ESO's Very Large Telescope i Chile til at måle rotationen af ​​seks massive, stjernedannende galakser i det fjerne univers, på toppen af ​​galaksedannelsen for 10 milliarder år siden.

Det, de fandt, var spændende:i modsætning til spiralgalakser i det moderne univers, de ydre områder af disse fjerne galakser ser ud til at rotere langsommere end områder tættere på kernen - hvilket tyder på, at der er mindre mørkt stof til stede end forventet.

"Overraskende nok, rotationshastighederne er ikke konstante, men falder længere ude i galakserne, " kommenterer Reinhard Genzel, hovedforfatter af Natur papir. "Der er formentlig to årsager til dette. For det første, de fleste af disse tidlige massive galakser er stærkt domineret af normalt stof, med mørkt stof, der spiller en meget mindre rolle end i det lokale univers. For det andet disse tidlige skiver var meget mere turbulente end de spiralgalakser, vi ser i vores kosmiske kvarter."

Begge effekter ser ud til at blive mere markante, efterhånden som astronomer kigger længere og længere tilbage i tiden, ind i det tidlige univers. Dette tyder på, at 3 til 4 milliarder år efter Big Bang, gassen i galakser var allerede effektivt kondenseret til flad, roterende skiver, mens de mørke stof-glorier omkring dem var meget større og mere spredte. Det tog tilsyneladende milliarder af år længere, før mørkt stof også kondenserede, så dens dominerende effekt ses kun på rotationshastighederne af galakseskiver i dag

Denne forklaring stemmer overens med observationer, der viser, at tidlige galakser var meget mere gasrige og kompakte end nutidens galakser.

De seks galakser kortlagt i denne undersøgelse var blandt en større prøve på hundrede fjerntliggende, stjernedannende skiver afbildet med KMOS- og SINFONI-instrumenterne ved ESO's Very Large Telescope ved Paranal-observatoriet i Chile. Ud over de individuelle galaksemålinger beskrevet ovenfor, en gennemsnitlig rotationskurve blev skabt ved at kombinere de svagere signaler fra de andre galakser. Denne sammensatte kurve viste også den samme faldende hastighedstendens væk fra galaksernes centre. Ud over, to yderligere undersøgelser af 240 stjernedannende skiver understøtter også disse fund.

Detaljeret modellering viser, at mens normalt stof typisk tegner sig for omkring halvdelen af ​​den samlede masse af alle galakser i gennemsnit, den dominerer fuldstændigt galaksernes dynamik ved de højeste rødforskydninger.

Denne forskning blev præsenteret i en artikel med titlen "Stærkt baryondominerede diskgalakser på toppen af ​​galaksedannelsen for ti milliarder år siden", af R. Genzel et al., at optræde i journalen Natur .