Nie świeci, a grzeje...

Tak zwana ciemna materia jest jedną z największych zagadek nie tylko współczesnej astronomii, ale także fizyki. Jest potrzebna do wyjaśnienia obserwacji astronomicznych, na przykład krzywych rotacji galaktyk, które kręcą się tak, jakby znajdowały się w potencjale grawitacyjnym tworzonym przez coś więcej niż tylko widoczną, świecącą materię gwiazd i gazu. Ciemna materia z definicji nie emituje fal elektromagnetycznych, oddziałuje natomiast grawitacyjnie...

Z punktu widzenia fizyki kluczowa jest odpowiedź na pytanie, czym jest ciemna materia: nieodkrytymi do tej pory cząstkami elementarnymi (spoza Modelu Standardowego?), czarnymi dziurami czy czymś jeszcze zupełnie innym, o czym obecnie nie mamy pojęcia. Szacuje się, że ciemna materia to około 25% całej materii-energii Wszechświata (dla porównania, "zwykła" materia barionowa to tylko około 4%).

Niedawno znaleziono dowody na to, że ciemna materia oddziałuje i przemieszcza się w wyniku tworzenia się gwiazd w galaktykach. Obserwacje astronomiczne, o których poniżej, dostarczają pierwszych dowodów efektu nazywanego "grzaniem ciemnej materii" i w przyszłości dadzą wskazówki co do tego, z czego może składać się ciemna materia.

Dowody obserwacyjne pochodzą z centrów pobliskich galaktyk karłowatych. Galaktyki te to małe, słabo świecące galaktyki, które zwykle znajdują się na orbitach wokół większych, takich jak na przykład Droga Mleczna. Podczas formowania się gwiazd, promieniowanie i emisja cząstek (wiatry gwiazdowe) wypychają gaz i pył z centrum galaktyki. W rezultacie samo centrum galaktyki ma mniejszą masę, co wpływa na to, jak mocno jest przyciągana ciemna materia. W efekcie z powodu mniejszego przyciągania grawitacyjnego ciemna materia migruje z dala od centrum: kinematycznie "podgrzewa się".

Zespół astrofizyków z uniwersytetów w Surrey i Zurychu oszacował ilość ciemnej materii w centrach 16 karłowatych galaktyk z bardzo różnymi historiami powstawania gwiazd. Galaktyki, które dawno temu przestały tworzyć gwiazdy, miały wyższe gęstości ciemnej materii w swoich centrach niż te, w których wciąż zachodzą procesy gwiazdotwórcze. Potwierdza to hipotezę, że w starszych galaktykach ciemna materia jest mniej podgrzana.

Dzięki temu można także w teorii ustanowić ograniczenia na modele ciemnej materii. Musi ona być w stanie formować karłowate galaktyki w szerokim zakresie gęstości centralnych, a gęstości te muszą zależeć od ilości formujących się gwiazd. Jak na razie wyniki obserwacji sugerują, że ciemna materia jest praktycznie bezzderzeniowym płynem, który można kinematycznie "podgrzać" i przemieszczać, natomiast nie umożliwiają precyzyjnego określenia, czym jest ciemna materia. Są jednakże istotnym krokiem do tego odkrycia.