Space

У двох галактиках взагалі не знайшли темної матерії. Що відбувається?

Подібно до того, як брижі в ставку вказує на те,що хтось кинув камінь, пробіг водомір або стрибнула жаба, існування таємничого речовини - темної матерії - визначається по його великому впливу на космос. Астрономи не можуть спостерігати його безпосередньо, проте гравітація темної матерії визначає народження, форму і рух галактик. Це робить відкриття минулого року абсолютно несподіваним: в дивній, дифузійної галактиці взагалі не знайшли темної матерії. Думаєте, на цьому все? Як би не так.

Галактики без темної матерії

Деякі вчені вітали це відкриття. Інші висловили свої сумніви, розкритикувавши вимірювання відстаней і руху галактики. Ставки високі: якщо в цій галактиці дійсно не вистачає темної матерії, це парадоксальним чином підтвердить існування цієї речовини.

І ось, початкова команда обзавеласядодатковими доказами, що підтверджують її найперше відкриття. Крім того, було виявлено другу галактика зі схожими симптомами. Там, де раніше була одна ультрадіффузная галактика, вільна від темної матерії (на перший погляд), тепер їх дві.

«Один об'єкт завжди можна списати як єдинорога,але як тільки ви знаходите двох єдинорогів, ви починаєте замислюватися про можливе існування єдинорогів », говорить Майкл Бойлан-Колчин, астроном Техаського університету в Остіні, який не брав участі в цьому дослідженні. «І потім ви починаєте замислюватися про те, звідки вони взялися, які їхні властивості і наскільки вони поширені».

У пошуках єдинорогів

Дві цікавлять нас галактики дуже тьмяні ізнаходяться далеко від Землі: фотони з їх зоряних скупчень почали подорожувати в сторону нашої планети в останні дні правління динозаврів, близько 65 мільйонів років тому. Перша галактика NGC 1052-DF2 розміром з Чумацький Шлях, але містить в 100 разів менше зірок. Нова галактика NGC 1052-DF4 знаходиться в тій же ділянці неба і за розмірами і масою приблизно така ж.

У березні минулого року вчені на чолі з ШаніДаніелі і Пітером ван Доккум з Єльського університету опублікували дослідження, в якому оцінили розмір NGC 1052-DF2, спостерігаючи його зоряний світ, а також руху зоряних скупчень, які його оточують. Якби NGC 1052-DF2 містила стільки темної матерії, скільки від неї зазвичай очікують астрономи, темна матерія підвищила б орбітальні швидкості цих зіркових явищ. Але вони рухаються мляво, що говорить про те, що темна матерія відсутня. Критики заперечують тим, що швидкості цих зоряних скупчень були неправильно розраховані - і навіть якщо їх розрахунки правильні, розмір вибірки з усього 10 зоряних скупчень був занадто скромним для надійного визначення запасу темної матерії в NGC 1052-DF2.

У жовтні Даніелі вирішила зайнятися цим питанням,використовуючи іншу техніку. Вона взяла Keck Cosmic Web Imager, новий інструмент, недавно встановлений за гігантським 10-метровим основним дзеркалом телескопа Кека на Гаваях. Цей прилад може вимірювати світло від дуже слабких об'єктів з надзвичайно високою роздільною здатністю, що робить його ідеальним інструментом для вивчення ультрадіффузних галактик, таких як NGC 1052-DF2. Цей інструмент виявився настільки хороший, що Даніелі більше не довелося вивчати руху зоряного скупчення, щоб визначити масу галактики. Замість цього вона могла отримати масу безпосередньо, безпосередньо використовуючи зоряний світло галактики.

З точки зору інформації, зоряне світло міститьбагато її. Поділяючи світ на складові його кольору (це називається спектроскопією), вчені можуть визначити склад зірки, її вік, напрямок руху в космосі і швидкість. Велика частина цієї інформації передається у вигляді спектральних ліній - лінійних елементів, вбудованих в спектр зірки внаслідок випромінювання або поглинання різних хімічних елементів. Інструмент Кека виміряв спектр приблизно 10 мільйонів зірок в галактиці DF2. Розмір розкиду між найшвидшими і найбільш повільними зірками в галактиці дає уявлення про те, скільки матерії з ними взаємодіє. Чим більше матерії - темної або ще якийсь - тим більше розкид в швидкостях зірок.

«До нашого власного подиву, ми вимірялинадзвичайно вузькі спектральні лінії, які залишають дуже мало місця для більшої маси, крім маси, що вноситься зірками в галактиці », говорить Даніелі. Темної матерії просто немає місця.

Тим часом, Ерік ЕМСЕЛЛ з Європейської південноїобсерваторії і його колеги досліджували галактику за допомогою Дуже Великого Телескопа в чилійській пустелі Атакама. Вони також виявили низкоскоростную дисперсію, яка підтримує сценарій відсутньої темної матерії.

Ніколас Мартін, астроном з Страсбурзькогоуніверситету у Франції, був одним з критиків оригінальної статті. У подальшій роботі, опублікованій в минулому році, він стверджував, що занадто складно оцінити масу галактики DF2 на основі рухів навколишнього зоряного скупчення. Але Мартін говорить, що його заспокоїли останні результати Даніелі і ЕМСЕЛЛ.

«Це стало можливо завдяки новим приладам,які прибули на найбільші телескопи на планеті. І, якщо чесно, рік тому мені не було очевидно, що це буде можливо. Рік тому я не був готовий сказати, що ця система буде прям обов'язково дивною, тому що мені здавалося, що вимірювання не підтримуються даними в повній мірі. Але тепер, коли є дві різні команди, які виміряли діапазон швидкостей самих зірок, я думаю, стало очевидно, що дивина є ».

Результати роботи Даніелі були представлені на конференції по темної матерії в Прінстонському університеті і будуть опубліковані в Astrophysical Journal Letters.

В цілому, її дослідження передбачає, що існує цілий клас таких бідних темною матерією галактик.

У пошуках зниклої матерії

Деякі астрономи ламають голову над тим, яктакі галактики могли утворитися і куди поділася темна матерія. Бойлан-Колчин каже, що однією з можливостей є гравітаційне тяжіння сусідній, набагато більшої галактики, відокремленої від темної матерії. Або ж DF2 і DF4 можуть бути не галактиками зовсім, а скромними зборами зірок, що маскуються під галактики; в цьому випадку ці ізольовані групи зірок можуть утворюватися з зіштовхуються джетів газу, що випливає з іншого місця. Або можуть бути ще більш нудні сценарії, наприклад, орієнтація галактик щодо Землі, яка несприятливо впливає на отримання точних спектральних вимірювань їх рухів.

Одне зрозуміло точно: якщо ніяких вагомих сумнівів не з'явиться, відсутність темної матерії в галактиках переконливо покаже, що ця речовина віддільно від зірок, газу, пилу і іншої звичайної матерії. І це, в свою чергу, зміцнить аргумент на користь існування темної матерії.

На сьогоднішній день ніхто точно не виявивтемну матерію, незважаючи на десятиліття активних пошуків. Відсутність доказів спонукало деяких астрофізиків шукати альтернативні способи ліплення галактик і управління їх рухом за рахунок появи гіпотез на кшталт «емерджентной гравітації» і «модифікованої ньютонівської динаміки». Прихильники цих гіпотез стверджують, що більшість астрономів вважає, що темна матерія може бути явищем, яке виникає з фізики, яку ми не розуміємо в повній мірі. Але в такому разі ці дивні галактики будуть говорити на користь того, що альтернативи невірні і що темна матерія дійсно може бути причиною.

Що ж, поживемо - побачимо. Не забудьте підписатися на наш канал з новинами, щоб побачити темну матерію першими.