Nya observationer tyder på att massiva, stjärnbildande galaxer under toppepok av galaxbildning, 10 miljarder år sedan, dominerades av baryonisk eller "normal" materia. Detta står i skarp kontrast till dagens galaxer, där effekterna av mystisk mörk materia verkar vara mycket större. Detta överraskande resultat erhölls med ESO:s Very Large Telescope och antyder att mörk materia var mindre inflytelserik i det tidiga universum än det är idag.

Vi ser normal materia som starkt lysande stjärnor, glödande gas och moln av damm. Men den mer svårfångade mörka materien avger inte, absorberar eller reflekterar ljus och kan endast observeras via dess gravitationseffekter. Närvaron av mörk materia kan förklara varför de yttre delarna av närliggande spiralgalaxer roterar snabbare än vad som skulle förväntas om bara den normala materia som vi direkt kan se var närvarande.

Nu, ett internationellt team av astronomer under ledning av Reinhard Genzel vid Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i Garching, Tyskland har använt KMOS- och SINFONI-instrumenten vid ESO:s Very Large Telescope i Chile för att mäta rotationen av sex massiva, stjärnbildande galaxer i det avlägsna universum, på toppen av galaxbildningen för 10 miljarder år sedan.

Det de hittade var spännande:till skillnad från spiralgalaxer i det moderna universum, de yttre områdena av dessa avlägsna galaxer verkar rotera långsammare än områden närmare kärnan – vilket tyder på att det finns mindre mörk materia närvarande än förväntat.

"Förvånande, rotationshastigheterna är inte konstanta, men minskar längre ut i galaxerna, " kommenterar Reinhard Genzel, huvudförfattare till Natur papper. "Det finns förmodligen två orsaker till detta. För det första, de flesta av dessa tidiga massiva galaxer domineras starkt av normal materia, med mörk materia som spelar en mycket mindre roll än i det lokala universum. För det andra, dessa tidiga skivor var mycket mer turbulenta än de spiralgalaxer vi ser i vårt kosmiska grannskap."

Båda effekterna verkar bli mer markanta när astronomer tittar längre och längre tillbaka i tiden, in i det tidiga universum. Detta tyder på att 3 till 4 miljarder år efter Big Bang, gasen i galaxer hade redan effektivt kondenserats till platt, roterande skivor, medan de mörka materieglorierna som omgav dem var mycket större och mer utspridda. Tydligen tog det miljarder år längre för mörk materia att kondensera också, så dess dominerande effekt ses bara på rotationshastigheterna för galaxskivor idag

Denna förklaring överensstämmer med observationer som visar att tidiga galaxer var mycket mer gasrika och kompakta än dagens galaxer.

De sex galaxer som kartlades i denna studie var bland ett större urval av hundra avlägsna, stjärnbildande skivor avbildade med KMOS- och SINFONI-instrumenten vid ESO:s Very Large Telescope vid Paranal-observatoriet i Chile. Förutom de individuella galaxmätningarna som beskrivs ovan, en genomsnittlig rotationskurva skapades genom att kombinera de svagare signalerna från de andra galaxerna. Denna sammansatta kurva visade också samma minskande hastighetstrend bort från galaxernas centrum. Dessutom, ytterligare två studier av 240 stjärnbildande skivor stöder också dessa fynd.

Detaljerad modellering visar att medan normal materia vanligtvis står för ungefär hälften av den totala massan av alla galaxer i genomsnitt, den dominerar helt galaxernas dynamik vid de högsta rödförskjutningarna.

Denna forskning presenterades i en artikel med titeln "Starkt baryondominerade skivgalaxer vid toppen av galaxbildningen för tio miljarder år sedan", av R. Genzel et al., att synas i journalen Natur .