W dwóch galaktyk w ogóle nie zakładają ciemnej materii. Co się dzieje?

Podobnie jak fale na stawie wskazuje na to, że ktoś rzucił kamień, przebiegł wodomierz lub żaba skoczyła, istnienie tajemniczej materii, ciemnej materii — jest określona przez jego szeroki wpływ na przestrzeń. Astronomowie nie mogą oglądać go bezpośrednio, jednak grawitacja ciemnej materii określa narodziny, kształt i ruch galaktyk. To sprawia, że odkrycie ubiegłego roku zupełnie nieoczekiwany: w dziwnej, rozproszonych po całej galaktyce w ogóle nie zakładają ciemnej materii. Myślisz, że na to wszystko? Jak by nie tak.

bez ciemnej materii

Niektórzy naukowcy z zadowoleniem to odkrycie. Inni wyrazili swoje wątpliwości, раскритиковав pomiar odległości i ruchu galaktyki. Stawka jest wysoka: jeśli w tej galaktyce naprawdę brakuje ciemnej materii, to paradoksalnie potwierdza istnienie tej substancji.

I oto pierwotna drużyna nabrała dodatkowymi dowodami potwierdzającymi jej pierwotne odkrycie. Ponadto, wykryto druga galaktyka z podobnymi objawami. Tam, gdzie kiedyś była jedna ультрадиффузная galaktyka, wolna od ciemnej materii (na pierwszy rzut oka), teraz jest ich dwa.

"Jeden obiekt zawsze można odpisać jak jednorożca, ale jak tylko znajdziesz dwóch jednorożców, zaczynasz myśleć o ewentualnym istnieniu jednorożce", mówi Michael Бойлан-Колчин, astronom z uniwersytetu Teksańskiego w Austin, który nie brał udziału w tym badaniu. "I wtedy zaczynasz myśleć o tym, skąd pochodzą, jakie są ich właściwości i jak są one powszechne".

W poszukiwaniu jednorożce

Dwie interesujących nas galaktyki bardzo słabe i znajdują się daleko od Ziemi: fotony z ich gromady zaczęły podróżować w stronę naszej planety w ostatnich dniach panowania dinozaurów, około 65 milionów lat temu. Pierwsza galaktyka NGC 1052-DF2 wielkości drogi mlecznej, ale zawiera 100 razy mniej gwiazd. Nowa galaktyka NGC 1052-DF4 znajduje się w tym samym obszarze nieba i wielkości i masie w przybliżeniu taka sama.

W marcu ubiegłego roku naukowcy, na czele z Shani Даниэли i Peterem van Доккумом z Yale university opublikowali badanie, w którym oceniali rozmiar NGC 1052-DF2, obserwując jego światło gwiazd, a także ruchu gromad gwiezdnych, które go otaczają. Gdyby NGC 1052-DF2 zawierał tyle ciemnej materii, ile od niej zwykle oczekują, astronomowie, ciemna materia zwiększyła by orbitalne prędkości tych gwiezdnych zjawisk. Ale poruszają się niemrawo, że mówi o tym, że ciemna materia nie istnieje. Krytycy twierdzą jednak, że prędkości tych gromad gwiezdnych zostały prawidłowo obliczone i nawet jeśli ich obliczenia są prawidłowe , rozmiar próbki z 10 gromad gwiezdnych był zbyt skromny, aby wiarygodnego określenia rezerwy ciemnej materii w NGC 1052-DF2.

W październiku Даниэли postanowiła zająć się tym problemem, stosując inną technikę. Wzięła Keck Cosmic Web Imager, nowe narzędzie, ostatnio zainstalowanego na gigantycznym 10-metrowy główne lustro teleskopu osadu Filtracyjnego na Hawajach. Ten przyrząd może mierzyć światło od bardzo słabych obiektów o bardzo wysokiej rozdzielczości, co czyni go idealnym narzędziem do nauki ультрадиффузных galaktyk, takich jak NGC 1052-DF2. Instrument ten okazał się tak dobry, że Даниэли więcej nie musiał uczyć się ruchu gwiazd gromady, aby określić masę galaktyki. Zamiast tego mogła uzyskać masę bezpośrednio, bezpośrednio wykorzystując światło gwiazd galaktyki.

Z punktu widzenia informacji, światło gwiazd zawiera wiele jej. Rozszczepia światło na składowe kolory (to się nazywa spektroskopią), naukowcy mogą określić skład gwiazdy, jej wiek, kierunek ruchu w przestrzeni i szybkość. Większość informacji przekazywana jest w postaci linii widmowych — liniowych elementów wbudowanych w zakres gwiazdy w wyniku emisji lub absorpcji różnych pierwiastków chemicznych. Narzędzie osadu Filtracyjnego zmierzył zakres około 10 milionów gwiazd w galaktyce DF2. Wielkość rozrzutu między szybkimi i wolnymi gwiazdami w galaktyce daje wyobrażenie o tym, ile materii z nimi współdziała. Im więcej materii — ciemnej lub jeszcze jaki — tym większa różnica w prędkościach gwiazd.

"Ku własnemu zdziwieniu, zmierzyliśmy bardzo wąskie widmo, które pozostawiają niewiele miejsca dla większej masy, oprócz masy, вносимой gwiazdami w galaktyce", mówi Даниэли. Ciemnej materii nie ma po prostu miejsca.

Tymczasem Eric Эмселлем z Europejskiego obserwatorium południowego i jego koledzy badali galaktykę za pomocą Bardzo Dużego Teleskopu w chilijskiej pustyni Atacama. Odkryli również низкоскоростную wariancję, która obsługuje skrypt brakującego ciemnej materii.

Nicholas Martin, astronom z Strasbourg university we Francji, był jednym z krytyków oryginalnego artykułu. W późniejszej pracy, opublikowanej w zeszłym roku, twierdził, że zbyt trudno jest ocenić masę galaktyki DF2 na podstawie ruchów otoczenia gwiazdy gromady. Ale Martin mówi, że go uspokoić ostatnie wyniki Даниэли i Эмселлем.

"To stało się możliwe dzięki nowym urządzeń, które przybyły na największe teleskopy na ziemi. I, szczerze mówiąc, rok temu mnie nie było oczywiste, że to będzie możliwe. Rok temu nie byłem gotowy powiedzieć, że ten system będzie tak na pewno dziwne, bo wydawało mi się, że pomiary nie są obsługiwane dane w pełni. Ale teraz, gdy są dwie różne drużyny, które mierzyli zakres prędkości samych gwiazd, myślę, stało się oczywiste, że osobliwość jest".

Wyniki pracy Даниэлиzostały zaprezentowane na konferencji ciemnej materii na uniwersytecie Princeton i zostaną opublikowane w Astrophysical Journal Letters.

W ogóle, jej badanie sugeruje, że istnieje cała klasa takich biednych ciemną materią galaktyk.

W poszukiwaniu zaginionej materii

Niektórzy astronomowie głowią się nad tym, jak takie galaktyki mogły powstać i gdzie jest ciemna materia. Бойлан-Колчин mówi, że jedną z możliwości jest przyciąganie grawitacyjne sąsiedniej, znacznie większej galaktyki, oddzielona od ciemnej materii. Albo DF2 i DF4 mogą być nie galaktykami w ogóle, a skromnymi zbiorami gwiazd, маскирующимися pod galaktyki; w tym przypadku te na białym tle grupy gwiazd mogą powstawać z kolidujących джетов gazu, wynikającego z innego miejsca. Czy mogą być jeszcze bardziej nudne scenariusze, na przykład, orientacja galaktyk względem Ziemi, która niekorzystnie wpływa na uzyskanie dokładnych pomiarów spektralnych ich ruchów.

Jedno jest jasne na pewno: jeśli sensownego wątpliwości nie pojawi się, brak ciemnej materii w galaktykach przekonująco pokazuje, że jest to substancja отделимо od gwiazd, gazu, pyłu i innych zwykłej materii. I to, z kolei, wzmocni argument na rzecz istnienia ciemnej materii.

Do tej pory nikt nie odkrył ciemną materię, pomimo dekady aktywnych poszukiwań. Brak dowodów skłoniło niektórych астрофизиков szukać alternatywnych sposobów formowania galaktyk i sterowania ich ruchem kosztem pojawienia się hipotez, jak "powstającej grawitacji" i "zmodyfikowanej dynamiki newtona". Zwolennicy tych hipotez twierdzą, że większość astronomów uważa, że ciemna materia może być zjawiskiem, które występuje z fizyki, której nie rozumiemy w pełni. Ale w takim razie te dziwne galaktyki będą mówić na korzyść tego, co alternatywy są błędne i że ciemna materia naprawdę może być powodem.

Cóż, pożyjemy — zobaczymy. Nie zapomnij, aby z wiadomości, aby zobaczyć ciemną materię jako pierwsi.