Тайна пропавшей темной материи в галактике DF2 углубляется

Когда астрономы с помощью космического телескопа Хаббла обнаружили странную галактику, которая выглядела так, как будто в ней не так много темной материи, некоторые подумали, что в это открытие трудно поверить, и искали более простое объяснение.

В конце концов, темная материя – это невидимый клей, составляющий основную часть материи Вселенной. Кажется, что она доминирует над всеми галактиками; на самом деле считается, что галактики образуются внутри огромных ореолов темной материи.

прозрачная галактика

Этот снимок космического телескопа Хаббла показывает необычную “прозрачную” галактику. Гигантский космический ватный шарик настолько рассеян, а его древние звезды так разбросаны, что сквозь него можно увидеть далекие галактики на заднем плане. Эта странная галактика, получившая название ультрадиффузной галактики, почти такой же ширины, как Млечный Путь, но содержит в 200 раз меньше звезд, чем наша галактика. Призрачная галактика, похоже, не имеет заметной центральной области, спиральных рукавов или диска.

Зависимость от рассстояния

Исследователи вычислили более точное расстояние до галактики, названной NGC 1052-DF2 или DF2, с помощью телескопа Хаббла для наблюдения около 5400 стареющих звезд красных гигантов. Все красные гиганты достигают одинаковой максимальной яркости, поэтому они являются надежными мерилами для измерения расстояний до галактик. По оценкам исследовательской группы, DF2 находится в 72 миллионах световых лет от Земли.

Они говорят, что измерение расстояния подтверждает их утверждение о том, что в DF2 отсутствует темная материя, невидимый клей, составляющий основную часть содержимого Вселенной. В галактике содержится не более 1/400 темной материи, которую ожидали астрономы. Наблюдения проводились в период с декабря 2020 года по март 2021 года с помощью усовершенствованной камеры для исследований Хаббла.

Итак, обнаружение галактики, в которой нет невидимого вещества, – это необычное заявление, которое бросает вызов общепринятым представлениям. Это могло бы опровергнуть теории образования и эволюции галактик.

Повторное исследование

Чтобы подтвердить свое первоначальное открытие, о котором впервые было сообщено в 2018 году, группа ученых во главе с Питером ван Доккумом из Йельского университета в Нью-Хейвене, штат Коннектикут, продолжила свое первоначальное исследование с помощью более точного взгляда Хаббла на галактику.

«Мы пошли на риск с нашими первоначальными наблюдениями Хаббла этой галактики в 2018 году, – сказал ван Доккум. – Я думаю, что люди были правы, сомневаясь в этом, потому что это такой необычный результат. Было бы неплохо, если бы было простое объяснение, например, неверное расстояние. Но я думаю, что будет веселее и интереснее, если это действительно странная галактика».

Определение количества темной материи в галактике зависит от точных измерений ее удаленности от Земли.

Если DF2 находится так далеко от Земли, как утверждает команда ван Доккума, содержание темной материи в галактике может составлять всего несколько процентов. Вывод команды основан на движении звезд внутри галактики; на их скорости влияет сила тяжести. Исследователи обнаружили, что наблюдаемое количество звезд составляет общую массу галактики, а для темной материи остается не так много места.

Однако, если бы DF2 была ближе к Земле, как утверждают некоторые астрономы, она была бы более слабой и менее массивной. Таким образом, галактике потребуется темная материя для объяснения наблюдаемых эффектов общей массы.

прозрачная галактика

Галактика еще дальше

Член команды Зили Шен из Йельского университета говорит, что новые наблюдения Хаббла помогают им подтвердить, что DF2 не только дальше от Земли, чем предполагают некоторые астрономы, но и немного дальше, чем первоначальные оценки команды.

По новой оценке расстояния DF2 составляет 72 миллиона световых лет, а не 42 миллиона световых лет, как сообщили другие независимые группы. Это помещает галактику дальше, чем исходная оценка Хаббла в 2018 году – 65 млн. световых лет.

Исследовательская группа основала свой новый результат на длинных выдержках с помощью усовершенствованной камеры для обзоров Хаббла, которая обеспечивает более глубокий обзор галактики для поиска надежных критериев для определения расстояния. Они нацелены на стареющие красные звезды-гиганты на окраинах галактики, которые в своей эволюции достигают одинаковой максимальной яркости. Астрономы могут использовать внутреннюю яркость звезд для расчета огромных межгалактических расстояний. «Изучение самых ярких красных гигантов – надежный индикатор расстояния до ближайших галактик», – объяснил Шен.

По словам членов команды, более точные измерения Хаббла подтверждают первоначальный вывод исследователей о том, что в галактике отсутствует темная материя. Так что загадка того, почему в DF2 отсутствует большая часть темной материи, все еще остается.

«Почти для каждой галактики, на которую мы смотрим, мы говорим, что не можем увидеть большую часть массы, потому что это темная материя, – объяснил ван Доккум. – То, что вы видите, – это только верхушка айсберга с Хабблом. Но в данном случае то, что вы видите, – это то, что вы получаете. Хаббл действительно показывает все. Вот и все. Это не только верхушка айсберга, это целый айсберг”.

Скрытая галактика

DF2 – это гигантский космический ватный шарик, который ван Доккум называет «прозрачной галактикой», где разбросаны звезды. Галактический чудак почти такой же по ширине, как Млечный Путь, но он содержит только 1/200 числа звезд, чем наша Галактика.

Призрачная галактика, похоже, не имеет заметной центральной области, спиральных рукавов или диска. По оценкам команды, DF2 содержит не более 1/400 количества темной материи, чем ожидали астрономы. Как сформировалась галактика, остается полной загадкой, основываясь на последних измерениях команды.

DF2 – не единственная галактика, лишенная темной материи. Шани Даниэли из Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, использовал Хаббл в 2020 году, чтобы получить точное расстояние до другой призрачной галактики, называемой NGC 1052-DF4 (или просто DF4), в которой, по-видимому, также отсутствует темная материя. В этом случае, однако, некоторые ученые предполагают, что темная материя могла быть удалена из галактики из-за приливных сил другой галактики.

Исследователи считают, что и DF2, и DF4 были членами набора галактик. Однако новые наблюдения Хаббла показывают, что две галактики находятся на расстоянии 6,5 миллионов световых лет друг от друга, то есть дальше, чем они думали вначале. Также похоже, что DF2 отошел от группировки и изолирован в космосе.

Обе галактики были обнаружены телеобъективом Dragonfly в обсерватории New Mexico Skies.

«Вероятно, они оба были в одной группе и сформировались в одно время, – сказал Даниэли. – Так что, возможно, было что-то особенное в среде, где они были сформированы».

Поиск странных галактик

Исследователи ищут новые необычные галактики. Другие группы астрономов тоже ищут. В 2020 году группа исследователей обнаружила 19 необычных карликовых галактик, которые, по их словам, лишены темной материи. Однако, чтобы разгадать загадку, потребуется открыть еще много галактик без темной материи.

Тем не менее, ван Доккум считает, что обнаружение галактики без темной материи кое-что говорит астрономам о невидимой материи.

«В нашей статье 2018 года мы предположили, что если у вас есть галактика без темной материи, а в других подобных галактиках она есть, это означает, что темная материя действительно реальна и существует, – сказал ван Доккум. – Это не мираж».

Недавно Хаббл детализировал спиральную галактику NGC 691

Читайте обзоры:

-->