Zašto se galaksije vrte? To pitanje zaokuplja astronome otprilike 100 godina, otkako se pokazalo da su maglovite, vrtložne mrlje vidljive na noćnom nebu zapravo spiralne galaksije koje postoje odvojeno od Mliječne staze. Stručnjaci su napokon pronašli uvjerljiv dokaz za jedan od učinaka koji su galaksije pokrenuli: vrtložne gravitacijske interakcije koje potječu iz vremena kad je svemir bio iznimno mlad.
Barem dio rotacije galaksija potječe od gravitacijskih učinaka koje su grude plina i tamne tvari izvršavale na susjedne grude prije više od 13,6 milijardi godina, još prije nastanka prvih galaksija, izvještava istraživački tim u časopisu Nature Astronomy. Poznavanje veze između današnjih rotirajućih galaksija i drevnog vrtloženja moglo bi istraživačima pomoći da točno shvate što se događalo u toj dalekoj epohi. Istraživači su uvjerljivo pokazali preostale tragove drevne rotacije, kaže Pablo López, astronom sa Nacionalnog sveučilišta u Córdobi, koji nije sudjelovao u radu.
U vrlo ranom svemiru tajanstvena tvar poznata kao tamna tvar počela se okupljati u velike grude zvane haloi. Gravitacijsko privlačenje tih haloa privuklo je plin, čime je pokrenut nastanak galaksija. Teoretičari desetljećima pokušavaju objasniti kako je taj proces mogao dati rotaciju novonastalim galaksijama. Prema zamisli iz 1969., uzrok je bio to što su se haloi u nastajanju međusobno privlačili gravitacijskom silom. Ako je halo bio izdužen ili se kasnije izdužio, na kraju najbližem golemom susjedu djelovao je jačim privlačenjem nego na udaljenijem kraju. Ovo neravnomjerno privlačenje – koje se naziva plimna sila – moglo je na izduženi halo djelovati rotacijskim impulsom, odnosno momentom sile, i pokrenuti ga na vrtnju.
Pristaše tzv. teorije „plimnog momenta” pretpostavljali su da će, ako se halo jednom počne vrtjeti, i galaksije koje iz njega nastanu također rotirati, a ta je rotacija mogla potrajati do danas. Drugi tvrde da je kaotičan proces rasta i razvoja galaksija – uključujući golem broj sudara i spajanja među galaksijama – do sada izbrisao sve tragove drevne rotacije. Prema Lópezu, danas je konsenzus da su obje pozicije djelomično točne: velik dio rotacije potječe od spajanja, ali je od ranih vremena preostala i mala količina rotacije.
Kako bi otkrili je li to točno, Ming-Jie Sheng, istraživač sa Sveučilišta Xiamen, i njegov tim pokušali su izračunati kakva se rotacija mogla razviti u drevnim haloima u našoj okolini svemira. Koristili su lokalnu 3D kartu koju je izradio Sloan Digital Sky Survey (SDSS), a zatim su simulirali raspodjelu onih protohaloa u ranom svemiru koji bi doveli do rasporeda galaksija koje vidimo danas. Ta raspodjela, međutim, ništa ne govori o obliku i orijentaciji protohaloa, pa je istraživački tim problem riješio tako da je same plimne sile upotrijebio kao zamjenu za oblik protohaloa.
„U ranijem radu na simulacijama pokazali smo da ova aproksimacija izvanredno dobro reproducira smjer rotacije, pa smo bili sigurni da je možemo primijeniti na opažanja”, kaže Hao-Ran Yu, član tima. Eduard Salvador Solé, opservacijski kozmolog sa Sveučilišta u Barceloni, slaže se s tim: „Ta empirijska aproksimacija ne predstavlja temeljni problem, a izvedeni zaključci zasigurno su točni.”
Nakon što su simulirali drevne smjerove i veličine rotacije na noćnom nebu, tim je provjerio uklapaju li se galaksije u lokalnom svemiru još uvijek u taj obrazac. Za to su upotrijebili podatke iz drugog SDSS-ova pregleda, koji je mogao otkriti pomake valnih duljina svjetlosti koju emitiraju zvijezde i plin unutar galaksija, otkrivajući kojom brzinom nam se približavaju ili se od nas udaljavaju. To je istraživačima omogućilo da procijene brzinu rotacije više od 1600 galaksija. Velik uzorak bio je nužan, kaže Yu, jer je drevni signal kod pojedinačnih galaksija iznimno slab.
Obrazac rotacije koji je istraživački tim opazio u lokalnom svemiru vrlo se dobro poklopio s drevnim predviđanjem, u mjeri u kojoj je krajnje malo vjerojatno da je riječ o statističkoj slučajnosti. „Naši rezultati pružaju snažan opažački dokaz da su drevni plimni momenti ostavili mjerljiv trag na rotaciji današnjih galaksija”, kaže Yu. Čini se, međutim, da samo oko 13% današnje rotacije potječe iz ranog svemira.
Ue-Li Pen, stručnjak sa Sveučilišta u Torontu koji je sudjelovao u istraživanju, nada se da bi, ako se rezultat potvrdi, ta izravna veza između rotacije današnjih galaksija i raspodjele mase u ranom svemiru mogla pomoći astronomima da odrede i druge, teško uhvatljive kozmološke parametre, primjerice masu neutrina. „Pokazalo se da i neutrini djeluju plimnim momentom na tvar, a njegova veličina ovisi o masi neutrina”, kaže Pen. „Nadamo se da to nudi nove, prilično izravne metode za mjerenje gravitacijskog učinka stvari koje je inače vrlo teško otkriti.”
