Je temná hmota ničitelem galaxií?

Jedním z míst, kde se temná hmota docela pěkně nahromadila je kupa galaxií v souvězdí Vlasy Bereniky, nejčastěji označovaná jako “Coma cluster” (Coma z latinského názvu souhvězdí, coma berenices). Nachází se zhruba 300 miliónů světelných let od Země a podle odhadů má zhruba 100 krát více temné hmoty než hmoty viditelné. Jinak řečeno všechny galaxie v Coma cluster jsou prostě utopené v temné hmotě. Kupy galaxií jsou obecně zajímavé objekty, to co je drží pohromadě je gravitace a jak známo, jediná interakce temné hmoty s okolím, kterou umíme detekovat je právě interakce gravitační. Kupy galaxií jsou vzdálené laboratoře pro studium chování temné hmoty.

Náhled do Coma cluster. Autor: NASA/ESA/Hubble Heritage.

Kupa galaxií je objekt dost hmotný na to, aby na sebe natahoval další a další galaxie z okolí, což se také děje. Některé galaxie ‘spadly’ do gravitačního působení Coma cluster už pěkně dávno, podle nových odhadů už před sedmi až desíti miliardami let. Jak by taková galaxie po záchytu měla vypadat? Pokud správně rozumíme vývoji galaxií, měly by takové galaxie být zahalené v temné hmotě, která poskytuje bezpěčnou bavlnku pro hmotu viditelnou. Nebýt tomu tak, gravitační působění kupy galaxií na galaxii nově přicházející by ji roztrhalo.

Nejnovější studie ukázala, že některé z galaxií v Coma cluster musely být v halu z temné hmoty zahaleny opravdu pečlivě. Představte si galaxii tak velkou jako je ta naše, jen s tím rozdílem, že obsahuje jen jedno procento hvězd, zbytek hmotnosti je temná hmota. Navíc vyzařují v červené části spektra.

Mapa temné hmoty, vyvedená ve světle modré barvě. Červené tečky jsou galaxie náležící kupě galaxií. Autor: J.-P. Kneib (Observatoire Midi-Pyrenees, Caltech) et al., ESA, NASA.

Astronomové tyto galaxie nazvaly ‘neúspěšnými - mrtvými galaxiemi’. Vypadá to, že v momentě kdy se galaxie dostala do gravitačního působení Coma cluster, tvorba hvězd se zastavila. Je na tom něco zvláštního? Ano je. Většina galaxií, včetně té naší stále tvoří hvězdy. Některé je tvoří intensivně, některé jsou vcelku líné. Kupříkladu naše Galaxie stvoří odhadem sedm nových hvězd za rok. Hlavními ingrediencemi pro tvorbu nové hvězdy jsou prach a plyn, jmenovitě vodík. Vodíku je v celém vesmíru hodně a tak hvězdy vznikají i teď.

Bohužel, galaxie které se dostaly do blízkosti Coma cluster měly tak trochu smůlu. Gravitační síla Coma cluster je díky přebytku temné hmoty tak silná, že galaxie byla vtáhnuta blíž k centru kupy galaxií a prach a plyn ‘nechala za sebou’. Zbylý plyn se stal součástí horkého plynu, který vyplňuje místa mezi galaxiemi v kupách. V galaxiích tak nezbyl žádný prach a plyn pro to, aby te mohly formovat hvězdy. Proč se neformují z horkého plynu, jehož součástí se plyn z galaxií stal? Jednoduše řečeno, příliš vysoké teploty zabraňují kolapsu plynu v hvězdu.

Představa celého procesu: (1) Brzy po svém zformování galaxie roste, jak do velikosti tak do hmotnosti. Z plynu se v ní tvoří mladé hvězdy, které září intensivně v modré části viditelného světla. (2) Obrovská gravitační přitažlivost kupy galaxií si přitáhne galaxii cestující ‘okolo’. Plyn v galaxii samotné je vytlačen a smísí se s horkým plynem vně galaxie. (3) Bez plynu nelze tvořit hvězdy a tak naše galaxie pomalu stárne a hvězdy září intenzivněji v červené části spektra. Nicméně má tolik temné hmoty, že zabrání gravitačnímu roztrhání od kupy samotné. Autor: Cameron Yozin, ICRAR/UWA.

Počítačové simulace ukazují, že nebýt temné hmoty, tak nejenom že galaxie budou vysvlečeny z plyny a prachu, gravitace kupy by byla vůči galaxiím tak silná, že by je defacto roztrhala. Takhle je jenom ‘zabila’. Coma cluster je tak plná sedm miliard let starých, mrtvých galaxií. Tak trochu jiný kosmický hřbitov, který nás přiblížil zase o kousek blíž porozumění formace kup galaxií.

Jana Poledniková