Gravitacija… Gravitacija je sila kojom se dva ili više objekata, sa masom, privlače. Što su ti objekti međusobno udaljeniji sila privlačenja je slabija. Hajdemo da vidimo kakve su posledice toga u našem Sunčevom sistemu. Dakle, što je planeta udaljenija od Sunca to je gravitaciona sila između Sunca i te planete manja, i obrnuto, što je planeta bliža Suncu to je gravitaciona sila između planete i Sunca veća.
Što je gravitaciona sila, između planete i Sunca veća, planeta mora brže da se kreće da bi se oduprla privlačenju i održala stabilnu orbitu. Upravo zbog toga brzina rotacije planeta oko Sunca opada sa njihovom udaljenošću. Pa tako, Merkur, Suncu najbliža planeta, rotira oko Sunca najbrže, dok Neptun, Suncu najdalja planeta, oko Sunca rotira najsporije. Kao što je to prikazano na slici ispod.

Dakle, na uspravnoj osi imamo orbitalnu brzinu planeta, datu u odnosu na orbitalnu brzinu Zemlje. Pa tako vidimo da, recimo Merkur, ima 1,6 puta veću orbitalnu brzinu od Zemlje, dok je orbitalna brzina Neptuna za 80% manja od orbitalne brzine Zemlje. Na vodoravnoj osi imamo prečnik orbite, dat u astronomskim jedinicama (astronomska jedinica predstavlja udaljenost Zemlje od Sunca i iznosi oko 150 000 000 km-a). Zapazite kako orbitalna brzina planeta opada sa udaljenošću planeta od Sunca.

Slična stvar bi trebala da se dešava i sa galaksijama. Budući da je u galaktičkom jezgru koncentracija zvezda najveća, i da što se dalje ide od jezgra to je broj zvezda manji, očekivalo se da rotirajuća brzina zvezda oko centra galaksije (da, zvezde rotiraju oko jezgra galaksije slično kao što planete rotiraju oko Sunca) opada sa njihovom udaljenošću od centra galaksije, tj. da zvezde u centralnim delovima galaksije rotiraju najvećom brzinom oko centra, dok zvezde na obodu galaksije najmanjom brzinom. Dakle potpuno analogno gornjem primeru sa planetama i Suncem.

Vidite na slici iznad da je jezgro galaksije (ispupčeni, loptasti deo na sredini diska) gotovo neprozirne bele boje koja potiče od gustine zvezda (žućkasta boja potiče od gasa i čestica prašine), na sredini diska neprozirni beli sjaj, usled manje gustine zvezda se, razlučuje u poluprozirni, mlečno bledi sjaj, dok se ovaj na samom obodu dalje razlučuje na invidualne tačkice i gde je crna praznina sve dominantnija i dominantnija. Prema tome, da ponovim, sve ukazuje da bi brzina rotiranja zvezda trebala da opada što su one udaljenije od jezgra.
Kada je astronomka Vera Rubin sedamdesetih godina prošlog veka probala ovo da izmeri, merenjem crvenog pomaka, dobila je potpuno neočekivane rezultate. Brzina zvezda nije opadala. Nije opadala ni za usamljene zvezde koje su mnogo udaljenije od oboda prikazanog na gornjoj slici. Rezultati koje je dobila ilustrovani su na slici ispod

Na uspravnoj osi imamo brzinu rotacije, na horizontalnoj udaljenost od jezgra galaksije. Crvena linija predstavlja brzine koje su bile očekivane, dakle upadljiv pad brzine sa udaljavanjem od centra galaksije. Bela linija predstavlja ono što je izmereno. Vidimo da brzine zvezda ne opadaju ni na udaljenostima koje su duplo veće od vidljivog dela galaksije. Ovo ukazuje na to da de oko galaksije nalazi ogroman omotač (halo) u kojem se nalazi masa mnogostruko veća od mase koja se nalazi u vidljivom delu galaksije. Materija koja ispunjuje galaktički halo, budući da ne možemo da je ni na koji način detektujemo osim njenim gravitacionim dejstvom na zvezde, nazvana je prigodno tamna materija.

Astrofizičar, Fric Zvicki, je došao do sličnog zaključka još tridesetih godina prošlog veka, kada je posmatrao galakstička jata. On je zaključio da masa koja se nalazi u galaksijama nije dovoljna da zadrži galaktička jata na okupu, i da galaktička jata ne bi trebala da postoje, osim ukoliko ne postoji još neka materija koju nismo u stanju da vidimo, ali on tada nije ozbiljno shvaćen.

Na slici iznad vidimo Zvickijevu fotografiju, pratila ga je reputacija izuzetno teškog i beskompromisnog čoveka, a svoje kolege je često nazivao sferno simetričnim kretenima (eng. spherical bastards) zbog toga što iz bilo kog ugla i na koji god način da ih pogledate, videli biste isto – kretene, tako je barem Zvicki tvrdio.

Elem, moderna izučavanja su potvrdila Zvickijev argument, tj. tamna materija drži galaktička jata na okupu, i da ona čini 80% ukupne mase prisutne u njima.

Zvicki je verovao da na tamnu materiju (premda je on nije nazivao tim imenom) otpada 90% mase, ali je modernim svemirskim teleskopima utvrđeno da 10% otpada na velike količine međugalaktičkog gasa, koji bi uzgred odavno ispario iz galaktičkih jata, i ravnomerno se rasporedio širom svemira, da nije tamne materije koja ga, uz pomoć gravitacije, čvrsto drži unutar galaktičkih jata.

Ovo je takođe bitno jer eliminiše gas kao potencijalnog kandidata za tamnu materiju, jer kao što vidite, na njega otpada svega 10% od ukupne mase čije poreklo ne znamo. Naime, gas u toliko velikim količinama se usija i emituje x zrake, koji se modernim teleskopima lako detektuju. Ako bi i ovih 80% otpalo na gas mi bismo to odavno detektovali, kao što smo i gore pomenutih 10% detektovali. Tako da ostaje otvoreno pitanje šta je tamna materija. O potencijalnim kandidatima za nju čitaćete u narednim nastavcima, u isto vreme na istom mestu.