Περίπου 13 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά στους αστερισμούς Canes Venatici, υπάρχει ένα σύννεφο. Αυτό που εστιάζουμε είναι τα Canes Venatici I, ένα μικρό τμήμα του Virgo Supercluster και μόλις προχωράμε με την επέκταση του Σύμπαντος. Σε αυτό βλέπουμε έναν γαλαξία που ξεχωρίζει από το πλήθος για έναν πολύ καλό λόγο… έχει πολύ μικρή ή καθόλου σκοτεινή ύλη. Το όνομά του? Μεσιέρ 94.
Όταν ο πολύ προικισμένος Pierre Mechain ανακάλυψε αυτόν τον γαλαξία στις 22 Μαρτίου 1781, χρειάστηκαν δύο μέρες πριν ο Charles Messier είχε την ευκαιρία να επιβεβαιώσει την παρατήρησή του και να τον καταγράψει ως αντικείμενο 94. Από τις σημειώσεις του Messier: «Νεφέλωμα χωρίς αστέρι, πάνω από την καρδιά της Charles [alpha Canum Venaticorum], στον παράλληλο του αστεριού αρ. 8, του έκτου μεγέθους των κυνηγετικών σκύλων [Canes Venatici], σύμφωνα με τον Flamsteed: Στο κέντρο είναι λαμπρό και το νεφελώδες είναι λίγο διάχυτο. Μοιάζει με το νεφέλωμα που βρίσκεται κάτω από το Lepus, No. 79. αλλά αυτό είναι πιο όμορφο και πιο φωτεινό: ο M. Mechain το ανακάλυψε αυτό στις 22 Μαρτίου 1781. (διάμετρος 2,5 ′) ».
Ενώ οι περισσότεροι παρατηρητές και ορισμένοι οδηγοί αναφοράς αναφέρονται στο M94 ως φραγμένο σπειροειδή γαλαξία (Sb), το αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό όλων είναι μια δομή διπλού δακτυλίου - απόδειξη γαλαξιακού πυρήνα περιοχής γραμμής εκπομπών πυρηνικού ιονισμού (LINER). Ο εσωτερικός πυρήνας είναι ένας δακτύλιος αστεριών, όπου πολλά αστέρια σχηματίζονται γρήγορα και υφίστανται σουπερνόβες με εκπληκτικό ρυθμό. Αυτά τα αστέρια μπορεί επίσης να συνοδεύονται από το σχηματισμό γαλαξιακών πίδακων καθώς η ύλη πέφτει στην κεντρική μαύρη τρύπα σχηματίζοντας ένα πρότυπο συντονισμού. Λέει ο C. Munoz-Tunon: «Η διόγκωση και η εσωτερική ράβδος οδηγούν την κίνηση του αερίου στο δίσκο, προκαλώντας εσωτερικές κινήσεις έξω από τον δακτύλιο H II και προς τα έξω ακριβώς μέσα, συγκεντρώνοντας έτσι υλικό για να προκαλέσουν σχηματισμό αστεριών στον δακτύλιο. Στο κεντρικό τμήμα η ράβδος οδηγεί το αέριο προς το κέντρο, το οποίο εξηγεί τη σημαντική ποσότητα αερίου στον πυρήνα παρά την παρουσία μιας απολιθωμένης αστερίας. Οι περίεργες κινήσεις που αναφέρονται στη βιβλιογραφία σε σχέση με το ιονισμένο αέριο του δακτυλίου Η II μπορούν να θεωρηθούν ως εισπνεόμενα αέρια που συναντούν τα κύματα κρούσης που δημιουργούνται από τους κόμβους αστέρι στον δακτύλιο Η II και ανυψώνονται πάνω από τον δίσκο γαλαξίας. Το σενάριο του σχηματισμού αστεριών που διαδίδεται από τον πυρήνα προς τα έξω που χρησιμοποιείται για να εξηγήσει την φαινομενικά αναπτυσσόμενη κίνηση του δακτυλίου ΗΙ δεν υποστηρίζεται πλήρως, υπό το φως μιας σύγκρισης της θέσης του δακτυλίου ΗΙ με εκείνη του δακτυλίου FUV. Ο δακτύλιος FUV κορυφώνεται περίπου στα 45 ″ -48 ″, κάτι που μπορεί να δείχνει ένα σενάριο σχηματισμού αστεριών που μεταδίδεται προς τα μέσα. "
Όμως, το θέμα είναι αμφισβητήσιμο. Σύμφωνα με το έργο των John Kormendy και Robert Kennicutt, είναι πιθανό αυτό που βλέπουμε να είναι απλώς μια ψευδαίσθηση του αστέρι που προκαλείται από τη γωνία θέασης. «Το Σύμπαν βρίσκεται σε μεταβατικό στάδιο. Την πρώιμη εποχή, η γαλαξιακή εξέλιξη κυριαρχούσε από ιεραρχική ομαδοποίηση και συγχώνευση, διαδικασίες που είναι βίαιες και γρήγορες. Στο μέλλον, η εξέλιξη θα είναι ως επί το πλείστον κοσμική, η αργή αναδιάταξη της ενέργειας και της μάζας που προκύπτει από αλληλεπιδράσεις που περιλαμβάνουν συλλογικά φαινόμενα όπως ράβδοι, οβάλ δίσκοι, σπειροειδή δομή και τριαξονικά σκοτεινά φωτοστέφανα. Και οι δύο διαδικασίες είναι σημαντικές τώρα. Αυτή η ανασκόπηση ασχολείται με την εσωτερική κοσμική εξέλιξη, επικεντρώνοντας σε μια σημαντική συνέπεια, τη συσσώρευση πυκνών κεντρικών στοιχείων σε γαλαξίες δίσκων που μοιάζουν με κλασσικά, εξογκώματα που έχουν ενσωματωθεί σε συγχωνεύσεις, αλλά κατασκευάστηκαν αργά από αέριο δίσκου. Τα ονομάζουμε ψευδοφούλια. "
Ανεξάρτητα από το τι προκάλεσε τη δομή του διπλού δακτυλίου και τις φθίνουσες καμπύλες περιστροφής - η πραγματική απάντηση εξακολουθεί να είναι ασαφής. Παραδόξως ήταν αυτό που προτάθηκε το 2008 που έκανε το Messier 94 ακόμη πιο μυστηριώδες… την έλλειψη σκοτεινής ύλης.
Λοιπόν, γιατί η σκοτεινή ύλη πρέπει να είναι «ύλη»; Αυτό είναι εύκολο. Γνωρίζουμε τη βαρυτική της επίδραση στην ορατή ύλη και έτσι μπορούμε να εξηγήσουμε τις καμπύλες επίπεδης περιστροφής των σπειροειδών γαλαξιών, για να μην αναφέρουμε ότι η σκοτεινή ύλη έχει κεντρικό ρόλο στο σχηματισμό της δομής του γαλαξία και στην εξέλιξη του γαλαξία. Οφείλουμε αυτά τα ευρήματα στον Fritz Zwicky, ο οποίος μας είπε ότι ένας υψηλός λόγος μάζας προς φως δείχνει την παρουσία της σκοτεινής ύλης στους γαλαξίες - όπως μας δίδαξε ότι η σκοτεινή ύλη παίζει επίσης ρόλο στα σμήνη των γαλαξιών. Η γραμμή σκέψης του Δρ Zwicky ήταν ριζοσπαστική για την ώρα… Αλλά υπάρχει ακόμα χώρος για ριζοσπαστική σκέψη; Γιατί όχι?
Σύμφωνα με το έργο των Joanna Jalocha, Lukasz Bratek και Marek Kutschera, τα συνηθισμένα φωτεινά αστέρια και το αέριο αντιπροσωπεύουν όλο το υλικό του M94 - χωρίς χώρο για σκοτεινή ύλη. «Η σύγκριση των λειτουργιών μάζας και των νόμων περιστροφής στο τέλος της προηγούμενης ενότητας, δείχνει το γεγονός ότι τα μοντέλα με πεπλατυσμένες κατανομές μάζας είναι πιο αποτελεσματικά από τα συνηθισμένα μοντέλα που θεωρούν σφαιρικό φωτοστέφανο. Οι πρώτες είναι καλύτερες στη λογιστική τόσο για τις υψηλές ταχύτητες περιστροφής όσο και για τη χαμηλή κλίμακα δομή των καμπυλών περιστροφής και με αισθητά μικρότερη ποσότητα ύλης από την τελευταία (η σχέση μεταξύ περιστροφής και κατανομής μάζας στο μοντέλο δίσκου είναι πολύ ευαίσθητη για κλίσεις ενός καμπύλη περιστροφής). Η χρήση του μοντέλου δίσκου δικαιολογείται για γαλαξίες με καμπύλες περιστροφής που παραβιάζουν την κατάσταση σφαιρικότητας. Αυτή είναι απαραίτητη (αν και όχι επαρκής) συνθήκη για μια σφαιρική κατανομή μάζας. Η περιστροφή του σπειροειδούς γαλαξία NGC 4736 μπορεί να γίνει πλήρως κατανοητή στο πλαίσιο της φυσικής της Νεύτωνας. Βρήκαμε μια κατανομή μάζας στον γαλαξία που συμφωνεί απόλυτα με την καμπύλη περιστροφής υψηλής ανάλυσης, συμφωνεί με την κατανομή φωτεινότητας της ζώνης Ι, παρέχοντας χαμηλή αναλογία μάζας-φωτός 1,2 σε αυτήν τη ζώνη σε συνολική μάζα 3,43 × 1010M και συμβαδίζει με την ποσότητα του HI που παρατηρείται στα απομακρυσμένα μέρη του γαλαξία, αφήνοντας όχι πολύ χώρο (εάν υπάρχει) για σκοτεινή ύλη. Είναι αξιοσημείωτο ότι έχουμε επιτύχει αυτήν τη συνέπεια χωρίς να επικαλεστούμε την υπόθεση ενός μαζικού σκοτεινού φωτοστέφανου ούτε να χρησιμοποιήσουμε τροποποιημένες βαρύτητες.
Υπάρχει μια τάξη σπειροειδών γαλαξιών, παρόμοια με το NGC 4736, που δεν κυριαρχείται από σφαιρική κατανομή μάζας σε μεγαλύτερες ακτίνες. Το πιο σημαντικό, σε αυτήν την περιοχή οι καμπύλες περιστροφής πρέπει να ανακατασκευαστούν με ακρίβεια, ώστε να μην υπερεκτιμηθεί η κατανομή μάζας. Για μια δεδομένη καμπύλη περιστροφής μπορεί εύκολα να προσδιοριστεί εάν μπορεί να επιτραπεί σφαιρικό φωτοστέφανο σε μεγάλες ακτίνες εξετάζοντας τη λειτουργία μάζας Keplerian που αντιστοιχεί στην καμπύλη περιστροφής (η λεγόμενη δοκιμή σφαιρικότητας). Χρησιμοποιώντας συμπληρωματικές πληροφορίες κατανομής μάζας, ανεξάρτητα από την καμπύλη περιστροφής, ξεπεράσαμε το πρόβλημα αποκοπής για το μοντέλο δίσκου, ότι για μια δεδομένη καμπύλη περιστροφής, μια κατανομή μάζας δεν μπορούσε να βρεθεί μοναδικά, καθώς εξαρτάται από την αυθαίρετη παρέκταση της καμπύλης περιστροφής "
Περισσότερες εξηγήσεις; Στη συνέχεια, μπείτε στο MOND - Τροποποιημένη δυναμική της Νεύτωνας όπου χρησιμοποιείται μια τροποποίηση του δεύτερου νόμου δυναμικής του Νεύτωνα (F = ma) για να εξηγήσετε το πρόβλημα περιστροφής του γαλαξία. Απλώς δηλώνει ότι η επιτάχυνση δεν είναι γραμμικά ανάλογη με τη δύναμη σε χαμηλές τιμές. Θα λειτουργήσει όμως εδώ; Ποιός ξέρει? Λέει ο Jacob Bekenstein: «Το τροποποιημένο παράδειγμα της δυναμικής του Νεύτωνα (MOND) του Milgrom μπορεί να καυχηθεί για μια σειρά επιτυχημένων προβλέψεων σχετικά με τη γαλαξιακή δυναμική. Αυτά γίνονται χωρίς την υπόθεση ότι η σκοτεινή ύλη παίζει σημαντικό ρόλο. Το MOND απαιτεί βαρύτητα να απομακρυνθεί από τη νευτονική θεωρία στο εξωγαλακτικό καθεστώς όπου οι δυναμικές επιταχύνσεις είναι μικρές. Μέχρι στιγμής, οι θεωρίες της σχετικιστικής βαρύτητας που προτείνονται για τη στήριξη του MOND είτε συγκρούστηκαν με τα μετα-Νεύτωνα τεστ γενικής σχετικότητας, είτε απέτυχαν να παρέχουν σημαντικό βαρυτικό φακό, ή παραβίασαν τις ιερές αρχές εκθέτοντας υπερφωταυριακά κύματα ή ένα {a priori} διανυσματικό πεδίο. "
Έτσι την επόμενη φορά που θα παρατηρήσετε γαλαξίες, ρίξτε μια ματιά στο γαλαξία "Cat's Eye". Ακόμη και ένα μικρό τηλεσκόπιο θα αποκαλύψει τον φωτεινό, αμφιλεγόμενο πυρήνα και το σοφό σχήμα του. Και χάρη στους εξαιρετικούς αστροφωτογράφους όπως ο Roth Ritter, μας επιτρέπεται να βλέπουμε πολλά περισσότερα…
Ευχαριστούμε τον Roth Ritter της Βόρειας Γαλαξίας που μοιράστηκε την απίστευτη δουλειά του!
