653
Уявіть собі місто, яке тримається купи без фундаменту. Саме так поводяться одразу три карликові галактики в полі NGC 1052: вони майже не мають темної матерії, хоча за сучасними уявленнями без неї галактики взагалі не повинні існувати. Про третю таку «дивну» галактику розповідає матеріал Scienmag.
Що відомо коротко
- Астрономи підтвердили третю карликову галактику, NGC 1052-DF9, яка практично не містить темної матерії.
- DF9 розташована приблизно за 45 мільйонів світлових років від Землі в полі галактики NGC 1052.
- Її загальна маса близько 100 мільйонів сонячних мас і майже повністю збігається з масою видимих зір і газу.
- Раніше в цьому ж регіоні виявили ще дві подібні галактики — NGC 1052-DF2 та NGC 1052-DF4, також без темної матерії.
- Усі три утворюють майже пряму лінію серед дев’яти інших галактик, у яких темна матерія присутня в «нормальній» кількості.
Чому галактика без темної матерії звучить як парадокс
За стандартною космологічною картиною кожна галактика сидить усередині величезного «кокона» з темної матерії. Цей невидимий кокон працює як гравітаційний каркас, на якому тримаються зорі й газ. Без нього зорі мали б просто розлетітися в космос, як іскри з багаття.
У звичайних галактиках більша частина маси прихована саме в темній матерії: видимі зорі й газ — лише верхівка айсберга. Для DF9 астрономи очікували побачити загальну масу понад 10 мільярдів сонячних мас, якщо темна матерія там присутня, як завжди. Але вимірювання показали інше.
Команда з’ясувала, що маса DF9 майже повністю пояснюється тим, що ми бачимо: зорями та газом. Ніякого «айсберга під водою» — лише сама верхівка. Це означає, що гравітаційне поле галактики створюють практично тільки звичайна, баріонна матерія, без суттєвого внеску темної.
Як астрономи зважили невидиму галактику
Щоб розібратися з природою DF9, дослідник Майкл Кайм (Michael Keim) з Єльського університету разом із науковим керівником Пітером ван Доккумом (Pieter van Dokkum) використали інструмент Cosmic Web Imager на обсерваторії W.M. Keck на Гаваях. Це чутливий «спектральний фотоапарат», здатний вловлювати надзвичайно тьмяне світло розсіяних, маломасивних галактик.
Астрономи виміряли, як рухаються зорі всередині DF9. Чим швидше вони рухаються, тим сильніше гравітаційне тяжіння, а отже — тим більша загальна маса галактики. У DF9 швидкості виявилися такими, що відповідають лише масі видимих зір і газу — приблизно 100 мільйонів мас Сонця.
Якби в DF9 була темна матерія в очікуваній кількості, зорі мали б рухатися значно швидше, а розрахована маса перевищувала б 10 мільярдів сонячних мас. Але цього не спостерігається, тож «невидимого вантажу» майже немає.
Ланцюжок дивних галактик і слід космічної катастрофи
DF9 — не одинака. Раніше ван Доккум і колеги знайшли в тому ж полі ще дві карликові галактики без темної матерії: DF2 і DF4. Тепер усі три об’єкти утворюють майже ідеальну пряму лінію, що тягнеться вздовж тьмяного сліду зір і газу серед дев’яти «звичайних» галактик.
Команда припускає, що цей дивний ланцюжок — наслідок надзвичайно жорсткого зіткнення більших галактик у минулому. Під час такого високошвидкісного удару газ міг бути вирваний із вихідних систем і фізично відділений від їхніх темно-матерійних гало.
Уявіть дві машини, що стикаються на шаленій швидкості: металеві частини летять в один бік, а баки з паливом — в інший. За аналогією, темна матерія (як «каркас» машин) пішла своєю траєкторією, а газові хмари — іншою. З цих відірваних газових хмар уздовж траєкторії зіткнення й могли сформуватися нові карликові галактики — DF2, DF4 і DF9 — уже без темної матерії.
Що це говорить про природу темної матерії
Такий сценарій кидає виклик стандартній ідеї, що галактики завжди ростуть усередині масивних гало темної матерії, які притягують баріонну речовину та формують великомасштабну структуру Всесвіту. Спостереження за DF2, DF4 і DF9 показують, що за екстремальних динамічних умов зорі можуть утворюватися й без цього «каркаса».
Це має важливі наслідки для суперечки між моделями темної матерії та теоріями модифікованої гравітації, де ефекти темної матерії намагаються пояснити зміною самих законів тяжіння. У цих трьох галактиках зорі й газ, схоже, чітко відокремлені від темної матерії, що підсилює уявлення про темну матерію як про реальну частинку речовини, а не просто математичний трюк у рівняннях гравітації.
Інакше кажучи, темна матерія поводиться як окремий фізичний компонент, який може відділятися від звичайної матерії під час космічних катастроф, а не як абстрактна поправка до сили тяжіння.
Що досліджують далі
Щоб краще зрозуміти історію цього незвичайного скупчення, команда продовжує спостереження за допомогою різних телескопів, зокрема нового телескопа Mothra, який спільно заснували Пітер ван Доккум і канадський астроном Роберто Абрагам (Roberto Abraham).
Одна з цілей — знайти залишки газу навколо цих галактик. Якщо вдасться виявити «хвіст» газу від гіпотетичного зіткнення, це стане додатковим підтвердженням сценарію їхнього народження без темної матерії.
Ця система перетворюється на природну лабораторію для перевірки конкуруючих космологічних моделей. Вона дає змогу з безпрецедентною точністю вивчати, як розподіляються зорі, газ і темна матерія в умовах, далеких від «нормальних».
FAQ
Ці результати вже остаточно підтверджені чи це попередні висновки?
Маса DF9 і відсутність значної темної матерії базуються на детальних вимірюваннях руху зір за допомогою потужних інструментів. Водночас астрономи продовжують спостереження, щоб уточнити історію формування системи та перевірити, чи немає прихованих чинників, які могли б змінити інтерпретацію.
Чи можуть інші галактики теж утворюватися без темної матерії?
Спостереження за DF2, DF4 і DF9 показують, що за екстремальних умов це можливо. Однак такі випадки, схоже, є винятком, а не правилом: більшість відомих галактик усе ж мають масивні гало темної матерії. Зараз астрономи активно шукають інші подібні об’єкти.
Як це відкриття може допомогти фізикам частинок?
Якщо темна матерія може відділятися від звичайної під час галактичних зіткнень, це дає підказки про її властивості та взаємодії. Такі системи допомагають звузити коло можливих моделей темної матерії й краще спланувати пошук її частинок у лабораторних експериментах.
Чому астрономи не бачили таких галактик раніше?
Карликові галактики на кшталт DF9 надзвичайно тьмяні й розсіяні, тому легко вислизають від традиційних оглядів неба. Лише поява надчутливих інструментів, як-от Cosmic Web Imager і телескоп Mothra, дозволила «побачити» ці слабкі структури й виміряти їхні властивості.
Три карликові галактики без темної матерії, вишикувані вздовж тьмяного сліду космічного зіткнення, показують, що Всесвіт уміє будувати структури навіть у, здавалося б, неможливих умовах. Вони змушують по-новому подивитися і на темну матерію як на реальний фізичний компонент, і на сам процес формування галактик, нагадуючи, що наші «залізобетонні» космологічні правила можуть мати вражаючі винятки.
Астрономи знайшли третю галактику майже без темної матерії з’явилася спочатку на Цікавості.
