Необычные галактики бросают вызов теории темной материи

Два новых исследования подтверждают, что действительно существуют галактики, которые не имеют темной материи.

После выявления "NGC 1052-DF2" - первой известной галактики, практически не содержащей темной материи, команда астрономов получила более убедительные доказательства ее причудливой природы, рассказывают в Обсерватории Кека.

Темная материя - таинственное, невидимое вещество, которое обычно доминирует в составе галактик; стало беспрецедентным и полной неожиданностью найти объект, в котором отсутствует темная материя.

"Если там есть какой-то объект, всегда в задней части вашего мозга тихий голос говорит: "А что, если вы ошибаетесь?" Хоть мы и сделали все проверки, о которых только могли подумать, мы были обеспокоены тем, что природа сбила нас с толку и сговорилась сделать кое-что выглядещее особенным, тогда как это было более обыденным", - сказал руководитель группы Питер ван Доккум, профессор астрономии в Йельском университете.

Сейчас команда ван Доккума проводит не одно, а два новых исследования, подтверждающие их первоначальные наблюдения, демонстрируя, что темная материя действительно отделима от галактик.

В состав команды входят Роберто Абрахам - профессор астрономии и астрофизики в Торонтском университете, Аарон Романовски - доцент кафедры физики и астрономии в Государственном университете Сан-Хосе, Чарли Конрой - профессор астрономии в Гарвардском университете и Шани Даниэле - аспирант Йельского университета.

"Тот факт, что мы видим что-то совершенно новое, это так увлекательно", - сказал Даниэле, который первым заметил галактику около двух лет назад. "Никто не знал, что такие галактики существуют, и лучшее в мире для студента-астронома - выявить объект, будь то планета, звезда или галактика, о которой никто не знал и даже не думал", - добавил он.

В первом исследовании команда подтвердила свои первоначальные наблюдения за "NGC 1052-DF2", или коротко DF2, которые показывают, что темная материя практически отсутствует в галактике. С помощью инструмента "Keck Cosmic Web Imager" (KCWI) Обсерватории им. М. Кека, они получили более точные измерения и обнаружили, что глобулярные скопления внутри галактики действительно движутся со скоростью, соответствующей массе нормальной материи галактики. Если в DF2 была бы темная материя, то скопления двигались бы намного быстрее.

KCWI является уникальным, отметил ведущий автор исследования Даниэле. "Инструмент не только позволяет видеть нам всю галактику сразу, его высокая спектральная разрешающая способность также позволяет нам точно измерить массу", - рассказал он.

Во втором исследовании команда использовала инструмент Обсерватории Кека "Low Resolution Imaging Spectrometer" (LRIS), чтобы найти другую галактику, лишенную темной материи, названную "NGC 1052-DF4", или коротко DF4.

"Открытие второй галактики с практически отсутствующей темной материей столь же увлекательно, как и первоначальное открытие DF2", - сказал ван Доккум, ведущий автор статьи о DF4. "Это означает, что шансов найти больше таких галактик сейчас больше, чем мы считали ранее. Поскольку у нас нет хороших объяснений о создании этих галактик, я надеюсь, что эти открытия поощрят больше ученых к работе над этой головоломкой", - добавил он.

Результаты работы команды опубликованы в журнале "The Astrophysical Journal Letters".

Как и DF2, DF4 относится к относительно новому классу галактик, которые называются ультрадиффузными галактиками (УДГ). Они такие же большие, как наш Млечный Путь, но имеют от 100 до 1000 раз меньше звезд, что делает их рыхлыми и полупрозрачными, поэтому их трудно наблюдать.

Как ни странно, отсутствие темной материи в этих УДГ усиливает теорию темной материи. Это доказывает, что темная материя является субстанцией, которая не связана с "нормальной" материей, поскольку обе можно найти отдельно. Открытие этих галактик трудно объяснить в теориях, которые изменяют законы гравитации в больших масштабах в качестве альтернативы гипотезе темной материи.

Это шокирующее открытие вызвало некоторую критику, когда команда впервые заявила о своих результатах в марте 2018 года, рассказал ван Доккум, и команда продолжила работать.

Сейчас Даниэле ведет наблюдение за широкой областью с помощью телесакопу Dragonfly Telephoto Array (DTA) для поиска большего количества примеров систематическим образом, затем наблюдает за кандидатами на телескопах Кека.

"Мы надеемся, что в дальнейшем выясним насколько распространены эти галактики и существуют ли они в других областях Вселенной", - сказал Даниэле. "Мы хотим найти больше доказательств, которые помогут нам понять, как свойства этих галактик сотрудничают с нашими нынешними теориями. Мы надеемся, что это сделает нас на один шаг впереди в понимании одной из величайших тайн нашей Вселенной - природы темной материи", - подчеркнул он.