Prečo galaxie rotujú? Táto otázka zamestnáva astronómov už približne 100 rokov, odkedy sa ukázalo, že hmlisté špirálovité škvrny na nočnej oblohe sú v skutočnosti špirálové galaxie existujúce samostatne mimo Mliečnej cesty. Vedci konečne našli presvedčivý dôkaz o jednom z javov, ktoré galaxie uviedli do pohybu: o gravitačných interakciách vyvolávajúcich rotáciu, ktoré siahajú až do čias, keď bol vesmír ešte veľmi mladý.
Aspoň časť rotácie galaxií pochádza z gravitačného pôsobenia zhlukov plynu a temnej hmoty na susedné zhluky pred viac ako 13,6 miliardy rokov, ešte pred vznikom prvých galaxií, uvádza výskumný tím v časopise Nature Astronomy. Poznanie súvislosti medzi dnešnými rotujúcimi galaxiami a týmto dávnym vírením môže vedcom pomôcť presne pochopiť, čo sa v tomto vzdialenom období odohralo. Výskumníci presvedčivo preukázali zachované stopy prvotnej rotácie, hovorí Pablo López, astronóm z Národnej univerzity v Córdobe, ktorý sa na práci nepodieľal.
Vo veľmi ranom vesmíre sa záhadná látka známa ako temná hmota začala zoskupovať do veľkých zhlukov nazývaných halá. Ich gravitačná príťažlivosť priťahovala plyn, čím sa spustil vznik galaxií. Teoretici sa už desaťročia snažia vysvetliť, ako mohol tento proces roztočiť rodiace sa galaxie. Podľa hypotézy z roku 1969 bolo príčinou vzájomné gravitačné pôsobenie ešte sa formujúcich hál. Ak malo halo pretiahnutý tvar alebo sa neskôr pretiahlo, na jeho koniec bližší k hmotnému susedovi pôsobila väčšia príťažlivá sila než na vzdialenejší koniec. Táto nerovnomerná príťažlivosť, nazývaná slapová sila, mohla na pretiahnuté halo pôsobiť krútiacim momentom a roztočiť ho.
Zástancovia takzvanej teórie slapového momentu predpokladali, že keď sa halo raz roztočí, budú rotovať aj galaxie, ktoré z neho vzniknú, a táto rotácia sa mohla zachovať až dodnes. Iní tvrdia, že chaotický proces rastu a vývoja galaxií vrátane obrovského počtu ich vzájomných zrážok a splynutí už zahladil všetky stopy prvotnej rotácie. Podľa Lópeza dnes prevláda zhoda v tom, že oba názory sú sčasti pravdivé: väčšina rotácie pochádza zo splynutí, no malá časť sa zachovala aj z raného obdobia.
Aby Ming-Jie Sheng z Xiamenskej univerzity so svojím tímom zistil, či je to pravda, pokúsili sa vypočítať, aká rotácia mohla vzniknúť v dávnych halách v našom vesmírnom okolí. Použili trojrozmernú mapu blízkeho vesmíru vytvorenú v rámci projektu Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Následne simulovali rozloženie protohál v ranom vesmíre, z ktorého by vzniklo dnes pozorované rozmiestnenie galaxií. Toto rozloženie však nič neprezrádza o tvare ani orientácii protohál, preto tím problém vyriešil tak, že ako náhradu za ich tvar použil samotné slapové sily.
„V našich predchádzajúcich simuláciách sme ukázali, že toto priblíženie mimoriadne dobre reprodukuje smer rotácie, a preto sme verili, že ho môžeme použiť aj pri pozorovaniach,“ hovorí člen tímu Hao-Ran Yu. Súhlasí s ním aj Eduard Salvador Solé, ktorý sa na Barcelonskej univerzite venuje pozorovacej kozmológii: „Toto empirické priblíženie nepredstavuje zásadný problém a vyvodené závery sú nepochybne správne.“
Po simulácii smerov a veľkostí prvotnej rotácie naprieč nočnou oblohou tím skúmal, či tomuto vzoru stále zodpovedajú aj galaxie v blízkom vesmíre. Použil na to údaje z ďalšieho prieskumu SDSS, ktorý dokázal zachytiť posuny vlnových dĺžok svetla vyžarovaného hviezdami a plynom v galaxiách. Tie odhalili, ako rýchlo sa k nám približujú alebo sa od nás vzďaľujú. Vedcom to umožnilo odhadnúť rýchlosť rotácie viac ako 1.600 galaxií. Veľká vzorka bola podľa Yua nevyhnutná, pretože pri jednotlivých galaxiách je prvotný signál mimoriadne slabý.
Vzor rotácie, ktorý tím pozoroval v blízkom vesmíre, sa veľmi dobre zhodoval s predpoveďou prvotnej rotácie. Zhoda bola taká výrazná, že štatistická náhoda je mimoriadne nepravdepodobná. „Naše výsledky poskytujú silný pozorovací dôkaz, že prvotné slapové momenty zanechali merateľnú stopu v rotácii dnešných galaxií,“ hovorí Yu. Zdá sa však, že z raného vesmíru pochádza len približne 13 % dnešnej rotácie.
Ue-Li Pen z Torontskej univerzity, ktorý sa na výskume podieľal, dúfa, že ak sa výsledok potvrdí, toto priame prepojenie medzi rotáciou dnešných galaxií a rozložením hmoty v ranom vesmíre pomôže astronómom určiť aj ďalšie ťažko merateľné kozmologické parametre, napríklad hmotnosť neutrín. „Ukázalo sa, že aj neutrína pôsobia na hmotu slapovým momentom, ktorého veľkosť závisí od hmotnosti neutrína,“ hovorí Pen. „Dúfame, že to prinesie nové, pomerne priame metódy merania gravitačného pôsobenia objektov a častíc, ktoré sa inak veľmi ťažko pozorujú.“
