Linnunradan painovoima voi jäljitellä pimeän aineen merkkejä tähtivirroissa

Tähtivirtoja pidetään usein herkkinä pimeän aineen ilmaisimina. Ne ovat pitkiä, ohuita tähtinauhoja, jotka syntyvät, kun tähtijoukko tai pieni galaksi hajoaa suuremman galaksin painovoimassa. Pimeän aineen alahalon ohikulkijan ajatellaan voivan repiä virtaan aukkoja ja aiheuttaa siihen mutkia.

Washingtonin yliopiston uusi tutkimus tuo tähän tulkintaan tärkeän varoituksen: myös Linnunradan tavallinen aine ja sen epätasainen painovoimakenttä voivat synnyttää hyvin samankaltaisia rakenteita. The Astrophysical Journal julkaisi tutkimuksen 27. elokuuta. 6

Tulos ei tee tähtivirroista hyödyttömiä pimeän aineen tutkimuksessa. Se kertoo, että tutkijoiden on ensin tunnettava Linnunradan oma vaikutus, ennen kuin virran epäsäännöllisyyttä voidaan pitää merkkinä näkymättömästä alahalosta.

Mitä simulaatioissa testattiin?

Tutkijat mallinsivat neljä Linnunradan kaltaista galaksia ja poistivat kokeesta pimeän aineen tiheät alahalat. Näihin ympäristöihin sijoitettiin noin 15 000 tähtivirtaa, joiden kehitystä seurattiin viiden miljardin simuloidun vuoden ajan.

Asetelma vastasi yhteen rajattuun kysymykseen: mitä galaksin oma painovoima voi tehdä tähtivirralle, vaikka virta ei kohtaisi pimeän aineen alahaloja?

Lähes kaikki virrat muuttuivat epäsäännöllisiksi

Vastaus oli selvä. Lähes jokaiseen simuloituun virtaan syntyi rakenteita, kuten:

• aukkoja
• mutkia ja taipumia
• kannuksia ja haaroja
• tähtikasautumia sekä muita poikkeamia tasaisesta nauhasta. 6

Tutkimuksessa raportoitujen tulosten mukaan vain noin 1 prosenttia virroista säilyi täysin sileänä. 6 Epäsäännöllinen tähtivirta ei siis automaattisesti tarkoita, että pimeän aineen alahalo olisi kulkenut sen läpi.

Tärkein vääristymien aiheuttaja oli galaksin epätasainen tähtikiekko. Kun virta kulki tiheämpien alueiden läpi, se joutui jatkuvasti muuttuvaan painovoimakenttään. Tämä vaihteleva veto saattoi taivuttaa, venyttää ja repiä virtaa tavalla, joka muistuttaa pimeän aineen alahalon aiheuttamaa häiriötä. 6

Vertailutaso, ei kumoava tulos

Tutkimus muuttaa sitä, miten tähtivirroista saatavaa näyttöä pitäisi tulkita, mutta se ei poista menetelmän arvoa. Aukko tai mutka voi edelleen johtua pimeän aineen alahalosta. Sen rinnalle on kuitenkin asetettava vertailu siitä, millaisia häiriöitä Linnunrata pystyy synnyttämään yksinään.

Kun tutkijat ajoivat simulaation ilman alahaloja, he loivat niin sanotun kontrollitapauksen galaksin omille vaikutuksille. Seuraavissa malleissa voidaan verrata tätä perustasoa simulaatioihin, joissa pimeän aineen alahalat ovat mukana. Näin voidaan selvittää, esiintyvätkö jotkin rakenteet useammin tai eri muodossa alahalon kohtaamisen jälkeen. 6

Vertailu on olennainen. Muuten tutkijat saattavat laskea vääriksi positiivisiksi tavallisia Linnunradan synnyttämiä vääristymiä ja tulkita ne virheellisesti todisteiksi näkymättömistä pimeän aineen rakenteista.

Rubin-observatorio voi tuoda lisää havaintoja

Vera C. Rubinin observatorion Simonyi Survey Telescope -teleskoopin odotetaan löytävän paljon uusia, himmeämpiä tähtivirtoja ja kartoittavan niiden rakenteita aiempaa tarkemmin. Suurempi havaintoaineisto tarjoaa tutkijoille enemmän mahdollisuuksia verrata todellisia virtoja simulaatioihin, joissa Linnunradan painovoima ja pimeän aineen alahalot mallinnetaan erikseen. 6

Seuraava askel ei siis ole tähtivirroista luopuminen, vaan menetelmän tarkentaminen. Realistiset galaksisimulaatiot, pimeän aineen alahaloja sisältävät mallit ja Rubinin observatorion kasvava tähtivirtaluettelo voivat auttaa erottamaan, mitkä epäsäännöllisyydet ovat tavallista galaksidynamiikkaa ja mitkä todella saattavat viitata pimeään aineeseen.