Kolem temné hmoty, která by měla tvořit až čtvrtinu celého kosmu, panuje stále mnoho nejasností. Vědci, kteří ji zkoumají, mají těžkou práci, protože je detekovatelná pouze podle svého gravitačního působení. Přesto tu a tam je některé z jejích tajemství alespoň poodhaleno.

Podle jednoho z nedávných výzkumů je hustota temné hmoty ve vesmíru zřejmě nižší a její rozložení rovnoměrnější, než se dosud myslelo. Ale to není zdaleka vše!

Nová pozorování, která uskutečňovali evropští badatelé, naznačují, že v nejvýznamnějším období vzniku galaxií – před deseti miliardami let – byly hmotné galaxie s aktivními procesy formování hvězd dominantně tvořeny běžnou (baryonovou) hmotou.

To je však v příkrém kontrastu se současnými galaxiemi, u kterých pozorujeme mnohem významnější vliv záhadné temné hmoty.

K tomuto překvapivému výsledku astronomové dospěli na základě pozorování provedených pomocí dalekohledu Evropské jižní observatoře VLT, který je umístěn v Chile. Ze získaných výsledků vyplývá, že temná hmota hrála v raném vesmíru méně zásadní úlohu, než dnes.

Běžnou hmotu pozorujeme v podobě jasně svítících hvězd, zářícího plynu a oblaků prachu. Ale nepolapitelná temná hmota nevyzařuje, nepohlcuje ani neodráží elektromagnetické záření.

Vědci na její existenci tedy pouze usuzují na základě jejího gravitačního působení. Přítomností temné hmoty je možné vysvětlit například rychlost rotace vnějších částí spirálních galaxií, která je vyšší, než by odpovídalo pozorovanému rozložení běžné hmoty.

Disky spirálních galaxií se otáčejí s periodou v řádu stovek milionů let. V jádrech galaxií je vysoká koncentrace hvězd, která však směrem k okrajům klesá.

Pokud by hmota v galaxii byla tvořena pouze běžnou hmotou, pak by řidší vnější oblasti měly rotovat mnohem pomaleji, než husté vnitřní oblasti.

Pozorování nedalekých galaxií však ukazují, že jejich vnitřní i vnější oblasti ve skutečnosti rotují prakticky stejnou rychlostí.

Tyto takzvané „ploché rotační křivky“ ukazují, že spirální galaxie musí obsahovat velké množství nezářící látky – v podobě hala temné hmoty, které obklopuje disk galaxie.

Německý badatel Reinhard Genzel působící na Institutu Maxe Plancka v Garchingu a mezinárodní tým jeho spolupracovníků využili speciální přístroje KMOS a SINFONI pracující ve spojení s dalekohledem ESO/VLT k měření rotace šesti hmotných galaxií s probíhající hvězdotvorbou ve vzdáleném vesmíru.

To, co objevili, je nesmírně překvapilo: na rozdíl od spirálních galaxií v současném vesmíru rotují vnější okraje těchto vzdálených galaxií pomaleji, než oblasti blíže středu, což by mohlo naznačovat, že je v nich přítomno méně temné hmoty, než se očekávalo.

„Rychlost otáčení překvapivě není konstantní, ale u těchto galaxií klesá se vzdáleností od středu,“ uvedl Reinhard Genzel. Podle jeho mínění jsou pro to pravděpodobně dvě příčiny.

Za prvé je většina těchto mladých galaxií dominantně tvořena běžnou hmotou a temná hmota zde tím pádem hraje mnohem méně zásadní úlohu, než v současnosti.

A za druhé, tyto mladé diskové galaxie byly mnohem bouřlivějším prostředím, než spirální galaxie, které pozorujeme dnes v našem kosmickém okolí.

Oba efekty se zdají být tím nápadnější, čím hlouběji se astronomové dívají do minulosti raného vesmíru.

Zdá se tedy, že v období asi 3 až 4 miliardy let po velkém třesku již došlo k dostatečnému zhuštění plynu do podoby plochého rotujícího disku, zatímco okolní halo temné hmoty bylo mnohem větší a více rozptýlené.

Temné hmotě tedy zřejmě zhuštění trvalo o miliardy let déle, proto je její dominantní efekt na rotační křivky galaxií pozorovatelný až v současnosti.

Toto vysvětlení je ve shodě s dalšími pozorováními, která ukazují, že mladé galaxie byly mnohem bohatší na plyn a kompaktnější, než jsou ty současné. Ty už jsou celkem rozvolněné, byť se to při pohledu z dálky nezdá.

Šestice zkoumaných galaxií zkoumaných byla součástí rozsáhlejšího vzorku asi stovky vzdálených diskových galaxií s probíhajícím formováním hvězd.

Jako doplněk k měření jednotlivých galaxií, popsanému výše, byla na základě slabého signálu ostatních sledovaných galaxií spočtena také průměrná rotační křivka. Ta ukázala stejný profil poklesu rychlosti rotace směrem od centra.

Další dvojice studií, postavená na pozorování 240 disků s probíhající hvězdotvorbou, tyto závěry rovněž potvrzuje.

Detailní modelování ukazuje, že zatímco běžná hmota tvoří v průměru asi polovinu hmotnosti galaxií, v případě galaxií s vysokým rudým posuvem naprosto dominantně určuje jejich dynamiku.