517
Уявіть, що майже кожен будинок у місті стоїть на невидимому фундаменті, а потім раптом виявляється вулиця з кількома будинками взагалі без нього — і вони все одно стоять рівно. Саме таку космічну «вулицю» описує нове дослідження в ScienceAlert: астрономи знайшли вже третю галактику, рух якої можна пояснити без темної матерії, і всі три вишикувані в один ланцюг.
Що відомо коротко
- Більшість галактик складаються переважно з темної матерії, яка у середньому у 5 разів масивніша за звичайну речовину.
- Галактики DF2, DF4 і DF9 поводяться так, ніби взагалі не містять темної матерії — їхній рух можна пояснити лише звичайною речовиною.
- Усі три належать до одного ланцюга з близько десятка тьмяних галактик, розташованих лінійно, «як діаманти на нитці».
- Дослідники вважають, що цей ланцюг міг утворитися в результаті «кулеподібного зіткнення карликових галактик».
- Результати надають одні з найсильніших доказів того, що темна матерія — реальна фізична субстанція, а не просто ефект альтернативних теорій гравітації.
Чому галактика без темної матерії виглядає як нонсенс
За сучасними уявленнями, галактики народжуються всередині величезних «бульбашок» темної матерії. Ці невидимі гало працюють як гравітаційні каркаси, що стягують разом газ, пил та зорі й допомагають збудувати галактику.
Якщо рахувати лише видиму речовину — зорі, планети, газ, пил, чорні діри, — її маси виявляється замало, щоб пояснити спостережувану гравітацію у Всесвіті. Щось додатково тягне все це на себе. Це «щось» ми й називаємо темною матерією.
Темна матерія не світиться, не відбиває і не поглинає світло — єдиний спосіб її «побачити» це за гравітаційним впливом. За розрахунками, її близько у п’ять разів більше, ніж усієї звичайної матерії.
Тому галактика без темної матерії — це як зоряне місто без фундаменту. За підручником так бути не повинно. А тут виявляється вже не одна, не дві, а три такі галактики, та ще й в одному ланцюгу.
Як знайшли дивний ланцюг галактик
Перший «випадок» трапився у 2018 році, коли команда астрофізика Пітера ван Доккума (Pieter van Dokkum) з Єльського університету описала галактику DF2. Вона виглядала так, ніби має значно менше темної матерії, ніж передбачають моделі. Астрономи були приголомшені.
У 2019 році ті самі дослідники повідомили про DF4 — ще одну галактику з подібними властивостями, у тій самій ділянці простору. Одна дивна галактика могла б бути помилкою або статистичним винятком, але дві, та ще й поруч, уже натякали на щось більше.
У 2022 році з’ясувалося, що DF2 і DF4 входять до ланцюга з приблизно десятка тьмяних галактик, вишикуваних майже по прямій. А в наступному дослідженні астрономи показали, що всі ці галактики рухаються крізь простір подібним чином — ніби частини одного цілого.
Серед них особливо виділялася NGC 1052-DF9: вона має схожий розмір, яскравість і кількість зоряних скупчень, як DF2 та DF4. Це зробило DF9 ідеальним кандидатом, щоб перевірити, чи теж їй «бракує» темної матерії.
Команда під керівництвом астрофізика Майкла Кейма (Michael Keim) ретельно виміряла рухи зірок у DF9. Виявилося, що швидкості зірок повністю узгоджуються з масою звичайної матерії — додаткова невидима маса просто не потрібна.
«Майже кожна галактика у Всесвіті домінує темною матерією. Але DF2, DF4 і тепер DF9, здається, є надзвичайними винятками», — пояснює Кейм. На думку дослідників, це один із найчіткіших доказів, що ці галактики народилися разом у насильницькій події, яка розділила звичайну та темну матерію.
Сценарій «кулеподібного» зіткнення карликових галактик
Що ж могло так дивно «відсортувати» речовину у Всесвіті? Дослідники підозрюють подію, яку вони називають «bullet dwarf collision» — кулеподібне зіткнення карликових галактик.
Уявімо дві невеликі галактики, які несуться одна назустріч іншій, як кулі. Коли вони стикаються, зорі, попри все, рідко буквально «врізаються» одна в одну: простір між ними настільки порожній, що більшість зірок просто пролітає повз.
Темна матерія, за сучасними уявленнями, теж поводиться подібно: її гало проходять одне крізь одне майже без взаємодії. Тобто і зорі, і темна матерія в основному проскакують крізь зіткнення, продовжуючи рух далі.
А от з газом усе інакше. Величезні газові хмари всередині кожної галактики при зіткненні буквально врізаються одна в одну, гальмують і затримуються в просторі. Так утворюється ділянка, де газ зосереджується, а темної матерії вже майже немає.
За комп’ютерними симуляціями команди, цей збитий в купу газ може почати стискатися під власною гравітацією, народжуючи нові зорі. З часом такі зорі можуть зібратися в маленькі галактики практично без темної матерії — саме такі, як DF2, DF4 та DF9.
Майкл Кейм зазначає, що «ланцюг галактик, які майже не мають темної матерії, раніше ніколи не спостерігався». Це, за його словами, відкриває «рідкісне нове вікно» в розуміння того, чим є темна матерія.
Що це говорить про природу темної матерії
Одна з найгарячіших дискусій у космології стосується того, чи темна матерія — це справді новий вид речовини, чи, можливо, нам просто потрібна інша теорія гравітації.
Якщо б усе можна було пояснити «модифікованою гравітацією», то дивні випадки на кшталт DF2, DF4 та DF9 були б менш очікуваними: чому «альтернативна гравітація» раптом поводиться по-різному в сусідніх галактиках, ще й вирівняних у ланцюг?
Співкерівник дослідження Пітер ван Доккум підкреслює, що цей результат надає переконливі докази того, що темна матерія поводиться як фізична субстанція. Особливо це важливо на масштабі карликових галактик, де альтернативні теорії гравітації найактивніше обговорюються.
Якщо темна матерія може «відокремлюватися» від звичайного газу та зірок під час екстремальних подій, як от зіткнення карликових галактик, це означає, що вона має власну, послідовну поведінку. Іншими словами, її простіше уявляти як реальний «матеріал», а не як поправку до рівнянь.
Команда планує й далі вивчати цей дивний ланцюг галактик, щоб зібрати ще більше підказок. Кожна нова галактика без темної матерії або з її нестачею може стати черговим тестом для наших моделей Всесвіту.
FAQ
Це вже остаточно доведено, що у DF9 немає темної матерії?
Дані показують, що рухи зірок у DF9 можна пояснити без залучення темної матерії. Однак астрономи завжди залишають простір для уточнень: точні вимірювання, нові моделі та додаткові спостереження можуть змінити оцінку кількості темної матерії, хоч нині її там, схоже, дуже мало або майже немає.
Чому вчені не виявляли подібні ланцюги раніше?
Такі галактики тьмяні та невеликі, їх важко помітити й детально дослідити. Лише з розвитком великих оглядових проєктів та потужних телескопів астрономи отримали змогу бачити цілі структури з карликових галактик і вимірювати рух зірок у них з достатньою точністю.
Чи можуть існувати й інші галактики без темної матерії, не пов’язані з цим ланцюгом?
Теоретично так, але сьогодні ми маємо лише дуже обмежену кількість прикладів. Ланцюг із DF2, DF4 та DF9 зараз виглядає унікальним, тому астрономи особливо уважно його вивчають, перш ніж робити ширші висновки.
Чи допоможе це відкриття знайти саму частинку темної матерії?
Безпосередньо — ні, але воно звужує коло можливих властивостей темної матерії. Якщо ми краще розумітимемо, як вона поводиться в екстремальних умовах, це може підказати, які експерименти проводити на Землі й які типи частинок шукати в прискорювачах та детекторах.
У світі, де майже кожна галактика тримається на невидимій темній матерії, знайти цілий ланцюг об’єктів, що її майже не мають, означає побачити, як Всесвіт сам «експериментує» зі своїми законами. Спостерігаючи за цими крихітними винятками, ми не просто шукаємо пояснення дивних галактик — ми крок за кроком підбираємося до відповіді на одне з найглибших запитань сучасної фізики: з чого насправді зроблений наш космос.
Ланцюг галактик без темної матерії змушує переглянути космос з’явилася спочатку на Цікавості.
