734
Уявіть собі будинок, який стоїть без фундаменту — і не руйнується. Для астрономів таким «будинком» є галактика без темної матерії. Саме таку дивину, карликову галактику DF9, описує нове дослідження, про яке розповідає відео . Вона стала вже третьою відомою галактикою, що, схоже, взагалі не містить темної матерії — речовини, яку вважали обов’язковим «каркасом» для народження галактик.
Що відомо коротко
- Карликова галактика DF9 розташована приблизно за 45 мільйонів світлових років від Землі.
- Її маса становить близько 100 мільйонів мас Сонця і повністю збігається з кількістю видимої речовини — зір, газу та пилу.
- DF9 входить до лінійної структури з семи галактик, серед яких ще дві — DF2 і DF4 — також майже не мають темної матерії.
- Спостереження виконали за допомогою обсерваторії W. M. Keck та космічного телескопа Габбл.
- Результати підтримують ідею, що ці галактики могли утворитися під час жорсткого зіткнення більших галактик.
Чому галактика без темної матерії виглядає неможливою
З 1970-х років, після робіт астрономки Віри Рубін, темна матерія стала невидимим «героєм» космології. Швидкість обертання зір у галактиках виявилася надто великою, щоб їх утримала лише видима маса. Це якби карусель крутилася так швидко, що всі сидіння мали б відлетіти, але вони чомусь залишаються на місці.
Щоб пояснити цю стійкість, вчені припустили існування гігантських «гало» темної матерії — невидимих коконів, у яких народжуються й живуть галактики. За сучасними оцінками, близько 85% усієї маси Всесвіту припадає саме на темну матерію. У такій картині світу галактика без неї виглядає як міст без опор.
Тому DF9, DF2 і DF4 — це справжні космічні аномалії. Вони поводяться так, ніби темної матерії поруч просто немає, хоча для більшості галактик вона є критичною умовою існування.
Як астрономи зважили галактику DF9
Команда під керівництвом аспіранта Єльського університету Майкла Кайма (Michael Keim) використала один із найточніших інструментів обсерваторії W. M. Keck — спектрограф KCWI (Keck Cosmic Web Imager). Він спеціально створений для вивчення надзвичайно тьмяних об’єктів у Всесвіті.
Астрономи виміряли рух зір усередині DF9. Швидкість цих зір дозволяє оцінити, скільки маси «ховається» в галактиці. Якщо б там була темна матерія, загальна маса мала б бути у сотні разів більшою, ніж видно за зорями та газом.
Однак розрахунки показали інше: маса DF9 становить приблизно 100 мільйонів сонячних мас — і це повністю пояснюється лише видимою речовиною. Жодного «надлишку», який би натякав на темну матерію, не виявили.
Раніше DF9 навіть підозрювали у тому, що це може бути чорна діра, але аналіз Кайма показав: це саме тьмяна карликова галактика без темної матерії.
Ланцюг дивних галактик і сліди космічної катастрофи
DF9 не самотня. Вона лежить поруч із двома іншими дивними галактиками — DF2 та DF4, які також майже не містять темної матерії. Усі три входять до лінійної структури з семи галактик, що тягнеться в просторі, наче слід від бризок після удару.
Астрономи припускають, що цей «ланцюг» міг народитися під час <strongвисокошвидкісного зіткнення двох більших галактик. У такому сценарії хмари газу, з яких формуються зорі, могли бути вирвані з їхніх темноматерійних гало. Газ полетів окремо, а темна матерія — окремо, і з цього «оголеного» газу згодом утворилися нові карликові галактики, майже повністю збудовані з звичайної речовини.
Це схоже на те, як при зіткненні двох автомобілів частина багажу вилітає на дорогу без кузова: речі є, але «коробки», що їх тримали, вже немає. DF2, DF4 і DF9 можуть бути саме такими «розсипаними валізами» після гігантської космічної аварії.
Співавтор роботи, професор астрономії Єльського університету Пітер ван Доккум (Pieter van Dokkum), раніше за даними телескопа «Габбл» звернув увагу на незвичну природу DF2 та DF4. Тепер додавання DF9 до цієї компанії робить сценарій спільного походження ще переконливішим.
Що це означає для розуміння темної матерії
Відкриття DF9 має дві важливі наслідки. По-перше, воно показує, що галактики можуть утворюватися й без темної матерії, якщо умови достатньо екстремальні. Це змушує переглянути найпоширеніші моделі формування галактик, де темна матерія виступає обов’язковим «каркасом».
По-друге, результати підсилюють думку, що темна матерія — це реальна фізична субстанція, а не просто ефект якоїсь альтернативної теорії гравітації. Якщо можна показати, що в одних галактиках вона є, а в інших її немає, це більше схоже на нерівномірний розподіл речовини, ніж на зміну самих законів тяжіння.
Команда вже планує подальші спостереження іншими телескопами, зокрема новим телескопом Mothra, щоб знайти сліди газу, який міг залишитися після гіпотетичного зіткнення галактик. Це допоможе перевірити, чи справді DF2, DF4 і DF9 народилися в одній космічній катастрофі.
FAQ
Це вже остаточно доводить, що темна матерія існує?
Ні, але такі галактики дають дуже сильний аргумент на її користь. Якщо в одних об’єктах маса «зайва» і вимагає темної матерії, а в інших — повністю пояснюється видимою речовиною, це підтримує ідею, що темна матерія поводиться як окрема форма матерії, а не як модифікація гравітації.
Чому такі галактики знаходять так рідко?
DF9 та її «родичі» — надзвичайно тьмяні карликові галактики. Їх важко помітити навіть великим телескопам, а ще важче — точно виміряти рух зір усередині. Потрібні дуже чутливі інструменти на кшталт KCWI та тривалі спостереження.
Чи можуть подібні галактики існувати ближче до Чумацького Шляху?
Теоретично так, але поки що їх не виявили. Якщо вони й є, то, ймовірно, дуже тьмяні та маломасивні, тому легко губляться на фоні інших об’єктів. Майбутні огляди неба з більш чутливими телескопами можуть відкрити нові приклади.
Чи змінить це наші моделі формування галактик повністю?
Швидше за все, ні, але змусить їх доповнити. Для більшості галактик темна матерія, ймовірно, залишається ключовим «каркасом». Однак тепер доведеться враховувати рідкісні, але важливі сценарії, коли галактики народжуються майже без неї — наприклад, після екстремальних зіткнень.
DF9 та її «сусіди» показують, що Всесвіт уміє будувати галактики навіть там, де, здавалося б, бракує головного будівельного матеріалу — темної матерії. Такі винятки не руйнують наші космічні теорії, а радше оголюють їхні слабкі місця, змушуючи шукати глибше пояснення того, як із хаотичних зіткнень і невидимих компонентів народжується знайомий нам зоряний Всесвіт.
Астрономи знайшли галактику без темної матерії поруч із двома «близнюками» з’явилася спочатку на Цікавості.
