Az óriásgalaxisok körül, akár több tucat kísérő törpegalaxis, ún. szatellita keringhet kaotikus pályákon, teljes összevisszaságban, ahogy azt a jól bevált Standard Modell meg is jósolta. Mondjuk a saját Galaxisunk esetében ez pont nem igaz, mert a kísérő szatelliták inkább egy közös keringési síkba sorolnak be. Meg a közeli Androméda esetében is ugyanez a helyzet. És, mint most kiderült, a távoli Centaurus A-nál is. Ez az eredmény pedig abba az irányba mutat, hogy a kozmológia legfőbb modelljével nem stimmel minden…

A Centaurus A galaxis. (Forrás: Robert Gendler, Jan-Erik Ovaldsen, Stephane Guisard)

A kozmológia Standard Modellje (nem összekeverendő a részecskefizikai Standard Modellel) az Ősrobbanásból születő Univerzumot és annak fejlődését leíró modellek legsikeresebb változata. Sikeres, mert a csillagászati megfigyelések zömét jól magyarázza és sztenderd, mert viszonylag egyszerű (mármint nem matematikailag, csak kevés feltevéssel operál). Az elmélet másik neve beszédesebb: ΛCDM modell, ahol a Λ a sötét energiára, míg a CDM a hideg sötét anyagra (cold dark matter) utal, vagyis hogy ezek ketten dominálják a Világegyetem jelenét (és amúgy a jövőjét is) az általunk észlelt világító anyaggal szemben.

A képlet igen egyszerű (nem az): az Univerzum 68%-át a rejtélyes sötét energia teszi ki; kb. 27%-kal ezüstérmes a sötét anyag; míg a minden, ami az általunk detektálható elektromágneses sugárzást bocsájta ki (por, aszteroidák, bolygók, csillagok, galaxisok, MINDEN!) csak 5%-ot tesz ki.

A Standard Modell nem csak a jelenlegi körülmények, de az Univerzum múltbéli fejlődésének magyarázatakor is jelesre vizsgázik. (Forrás: NASA/WMAP)

A sötét energia természetéről vajmi kevés fogalmunk van, viszont az Univerzum határozottan (és gyorsulva) tágul, így (minden bizonnyal) léteznie kell egy, a gravitáció összehúzó ereje ellen dolgozó hatásnak. A Standard modell keretein belül kiszámolható ezen energia ’’mennyisége’’, további válaszokat viszont nem ad az elmélet. A sötét anyag esetében sokkal jobb a helyzet. Habár láthatatlan számunkra, tömege (és így a gravitációja) közvetetetten detektálható, leglátványosabb példája ennek a galaxisok (pl. a saját Tejútrendszerünk) rotációs görbéje. A lényege ennek a megfigyelési ténynek, hogy a galaxisok centrumától távol eső csillagok jóval gyorsabban keringenek a középpont körül, mint azt a gravitáció számukra megszabná – mármint a látható anyag gravitációja. Ha viszont nagy mennyiségű sötét anyagot feltételezünk a galaxisok külső régióiban (az ún. halo-ban), minden értelmet nyer. Márpedig a Standard Modell pont ezt jósolja.

Egy tipikus spirálgalaxis rotációs görbéje; a számolt modellektől való eltérést a sötét anyag okozza. (Forrás: astro.u-szeged.hu)

Ennek persze további következményei is vannak, ezeket többségében szuperkomputert igénylő szimulációkkal derítettek fel. Ilyen következmény többek között, hogy a nagyobb galaxisok körül keringő törpék véletlenszerű pályákon helyezkednek el a közel gömb alakú haloban. A Tejútrendszerről régóta tudjuk, hogy nem ilyen: szatellit-galaxisainak zöme egy síkban kering, méghozzá galaxis síkjára merőlegesen. Ilyesmit pl. más galaxisokkal való múltbéli kölcsönhatások során fellépő ár-apály erők képesek kelteni, bár az évmilliárdokon keresztül való fennmaradásukat kissé problémás megmagyarázni – a lényeg, hogy a Galaxisunk különlegesnek számított. Aztán ugyanez derült ki a szűkebb galaxis-csoportosulásunk másik óriásáról, az Androméda galaxisról is – jó, hát akkor úgy tűnik, hogy a komplett Lokális Csoport különlegesnek számít. Az viszont, hogy egy, az előzőektől teljesen független és távoli galaxisnál is ugyanez legyen a helyzet – na, ez már tarthatatlan.

A Lokális Csoport galaxisai. A térképen kitűnik a galaxis-csoportosulás két óriása: a Tejútrendszer és az Androméda. (Forrás: Andrew Z. Colvin/slco.org)

Ez a független alany a Centaurus A (barátoknak csak Cen A vagy NGC 5128) volt, amely nagyjából 13 millió fényévre helyezkedik el tőlünk. Az égbolt ötödik legfényesebb galaxisa, viszont valódi (az ún. abszolút) fényessége jócskán meghaladja az Andromédáét is. A szomszédunkkal és a Tejútrendszerrel ellentétben a Cen A nem spirál-, hanem óriás elliptikus galaxis; amelyet abroncsként ölel körbe egy hatalmas porgyűrű (valószínűleg korábbi galaxis-kölcsönhatások eredménye). További különlegessége az aktív galaxismag, melyet az 55 millió naptömegű központi fekete lyuk hoz létre. Ugyanez felelős a porkorongra merőlegesen két irányba kinyúló relativisztikus jet-ért is (benne a részecskék a fénysebesség közel felével mozognak), melyet a rádió és röntgen tartományokban lehet megfigyelni.

Kompozit felvétel a Centaurus A galaxisról és a relativisztikus kilövellésről. (Forrás: ESO/WFI (optikai tartomány); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (szubmilliméter); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (röntgen))

Most viszont az optikai és infravörös tartományban megfigyelhető szatellit galaxisok voltak a vizsgálat tárgyai, illetve elsősorban azok pozíciója és sebességei a Cen A-hoz viszonyítva. A korábbi méréseket összegző cikk eredményei alapján a 16 törpegalaxis közül 14 közel egy síkban helyezkedik el, keringésük pedig jó egyezést mutat a Cen A belsejében található planetáris ködökkel (mindezt pedig a porgyűrűre merőlegesen teszik). Mindezen megfigyeléseket a kutatók összevetették a kozmológia Standard Modell jóslataival és úgy találták, mindössze 1:1000-hez az esélye egy ilyen nagyfokú szabályosságot mutató rendszer kialakulásának a jelenlegi sötét anyag elméletek alapján. Ez a szám nem olyan rettenetesen alacsony, de ha hozzátesszük a Tejútrendszer és az Androméda esetét, akkor nyilvánvaló válik, hogy az eddig vizsgált három galaxisból háromnál nem teljesült a modell jóslata.

A Centaurus A (bal oldali ábra, szürkés paca és jobb felső kinagyított ábra) és a tizenhat körülötte keringő törpegalaxis (háromszögek). A színek a relatív sebességüket jelzik: a kék galaxisok közelednek, a pirosak távolodnak (a forgás pillanatnyi állapota). A jobb felső ábrán ugyanez látható a Cen A planetáris ködjeinek esetében, míg a szürke vonal mutatja a galaxis masszív porkorongjának síkját. (Forrás: Müller et al., Science, 2018)

Ez persze korántsem azt jelenti, hogy temetni kellene (vagy egyáltalán szabadna) a Standard Modellt, hiszen eredményei messze túlmutatnak bármely más kozmológiai modelljén. Sikeresen magyarázza a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást, az Ősrobbanást követő percekben kialakult kémiai elemek arányát, az Univerzum gyorsuló tágulását, a nagy léptékű struktúrákat és így tovább… Kisebb-nagyobb lyukak pedig eddig is voltak az elméletben, így például túl sok sötét anyagot jósolt a galaxisok belső régióiban – ráadásul a temérdek ötlet ellenére sem tudjuk pontosan, mi fán is terem a sötét anyag.

A sötét anyag modellezett eloszlása néhány százmillió évvel az Ősrobbanás után. Sajnos a valóságban nem világít ilyen látványosan. (Forrás: Volker Springel/Max Planck Institue für Astrophysics)

Akár az is elképzelhető, hogy a ’’hibát’’ egész máshol kell keresnünk. A minta elég soványka (mindössze három galaxis…); ráadásul csak a fényesebb kísérő-galaxisokat vagyunk képesek észlelni, ami erős bias-t, afféle ’’észlelési elfogultságot’’ (aki tud erre jobb szót, kérem sürgősen jelezze!) okoz az statisztikában. Könnyen lehetséges az is, a galaxisok közti interakciók mértékét és hatásaik tartósságát becsülték alul, a Standard Modell-el pedig minden a legnagyobb rendben. Már persze amennyire egy kozmológiai elmélet jelen tudásunk mellett rendben lehet…

Galaxis-ütközés, ami jelenleg is zajlik (Antenna galaxis): az NGC 4038 és 4039 egymásba olvadása után az ár-apály erők által kitépett anyagból (hosszú foszlányok mindkét oldalon) és születhetnek törpegalaxisok.