Gaia jest orbitującym teleskopem, który umożliwia bardzo precyzyjne śledzenie położenia, odległości oraz ruchu gwiazd. Naukowcy skupili się na tzw. “prędkości kołowej”. Mówi ona o tym, jak szybko gwiazda krąży po dysku galaktycznym, w stosunku do jej odległości od centrum galaktyki. Badacze następnie wykreślili krzywą rotacji. Jest to podstawowe narzędzie stosowane w astronomii, które pozwala zrozumieć skład widzialnej oraz ciemnej materii w galaktyce.
Dziwne zachowanie zewnętrznych gwiazd
Lina Necib, adiunktka fizyki w MIT przyznaje, że zespół był bardzo zaskoczony, widząc, że krzywa pozostaje płaska do pewnej odległości, a następnie zaczyna się zapadać. Oznacza to, że zewnętrzne gwiazdy rotują wolniej, niż oczekiwano. To niespodziewane odkrycie skłoniło naukowców do ponownego rozważenia rozmieszczenia ciemnej materii w Drodze Mlecznej. Doszli oni do ciekawego wniosku - być może jądro galaktyki jest jaśniejsze i zawiera mniej ciemnej materii, niż sądzono.
Necib wspomniała także o tym, że uzyskany wynik jest sprzeczny z innymi pomiarami, co może oznaczać, że w jakiejś części galaktyki dzieje się coś podejrzanego. Współczesne badania opierają się na pionierskich pracach Very Rubin z lat 70. XX wieku. Była ona autorką badań, które sugerowały, że ciemna materia wpływa na odległe gwiazdy oraz ich ruch. Jej teorie położyły podwaliny pod kolejne koncepcje, m.in. związane z wszechobecnością ciemnej materii.
Zmierzenie krzywej rotacji Drogi Mlecznej było wyzwaniem
Zmierzenie krzywej rotacji jest trudniejsze, gdy pomiar jest dokonywany z wnętrza galaktyki. Tego wyzwania podjęła się Anna-Christina Eilers, adiunktka fizyki na MIT, wykorzystując dane z satelity Gaia. Wstępne dane obejmowały gwiazdy znajdujące się w odległości około 81 tysięcy lat świetlnych od centrum galaktyki. Wyniki sugerowały płaską, łagodnie opadającą krzywą rotacji, co wskazywało na wysokie stężenie ciemnej materii w jej jądrze.
Nowsza partia danych, obejmująca gwiazdy w odległości prawie 100 tysięcy lat świetlnych, dostarczyła kolejnych ciekawych danych. Jest to już skraj galaktyki, dlatego gwiazd jest coraz mniej. Zrozumienie ruchu materii w tym miejscu jest badaniem nieznanego. Naukowcy wzbogacili analizy o pomiary APOGEE. W sumie uzyskano szczegółowe informacje o ponad 700 tysiącach gwiazd Drogi Mlecznej. Wszystkie z nich zostały wprowadzone do algorytmu, który próbuje odkryć powiązania i oszacować odległość obiektów. Zespołowi udało się określić ją dla ponad 33 tysięcy gwiazd, w ten sposób tworząc trójwymiarową mapę naszej galaktyki.
Ta mapa została następnie wykorzystana do modelowania prędkości kołowej każdego obiektu. Na tej podstawie powstała zaktualizowana krzywa rotacji. Na zewnętrznych obszarach galaktyki krzywa wykazała większy spadek, niż oczekiwano, co sugeruje, że na obrzeżach gwiazdy poruszają się wolniej. Wszystko wskazuje na to, że naukowcy muszą ponownie rozważyć stan równowagi Drogi Mlecznej oraz ocenić prawidłowość istniejących modeli galaktycznych.