Темная материя разгоняется массивные спиральные галактики до безумных скоростей

Новое исследование показало, что более массивные спиральные галактики вращаются быстрее, чем ожидалось.

Млечный Путь, средняя спиральная галактика, вращается со скоростью 210 километров в секунду в окрестностях нашего Солнца, тогда как эти «суперспирали» - со скоростью до 570 км/сек, рассказали в информационном центре космического телескопа Хаббла.

Суперспирали являются исключительными почти во всех отношениях. Кроме того, что они гораздо массивнее Млечного Пути, они также ярче и большие по физическим размерам. Наибольшая охватывает 450 000 световых лет, по сравнению с диаметром Млечного Пути в 100 000 световых лет. На сегодня известно лишь около 100 суперспиралей. Они были обнаружены как важный новый класс галактик при изучении данных Слоанського цифрового обозревателя неба (SDSS), также Екстрагалактической базы данных NASA / IPAC (NED).

"Суперспирали являются чрезвычайными по многим параметрам, - говорит Патрик Огл из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд. - Они бьют рекорды по скорости вращения."

Огл является первым автором статьи, которая была недавно опубликована в «Astrophysical Journal Letters». В статье представлены новые данные по скорости вращения суперспиралей, собранные с помощью Южноафриканского большого телескопа (SALT) - крупнейшего одиночного оптического телескопа в южном полушарии. Дополнительные данные были получены с помощью 5-метрового телескопа Хейла обсерватории Паломар, управляемого Калифорнийским технологическим институтом. Данные с миссии Широкоугольного инфракрасного обозревателя (WISE) NASA имели решающее значение для измерения галактических масс в звездах (то есть, масса галактики измеряется с помощью ее звезд) и скорости звездообразования.

Ссылаясь на новое исследование, соавтор Том Джаррет из Университета Кейптауна, Южная Африка, говорит: "Эта работа прекрасно иллюстрирует мощную синергию между оптическими и инфракрасными наблюдениями галактик, проявляя звездные движения с помощью спектроскопии SDSS и SALT, и другие звездные свойства, в частности звездную массу или "костяк" галактик-хозяев - с помощью средне-инфракрасного отображения WISE".

Теория предполагает, что суперспирали вращаются быстро, поскольку они расположены в невероятно больших облаках, или ореолах, темной материи. Темную материю уже десятилетиями связывают с вращением галактик. Астроном Вера Рубин была пионером в работе над скоростью вращения галактик, показав, что спиральные галактики вращаются быстрее, чем если бы их гравитация была обусловлена исключительно звездами и газом. Дополнительное невидимая вещество, известное как темная материя, должно влиять на вращение галактик. Спиральная галактика заданной массы в звездах, как ожидается, вращается с определенной скоростью. Команда Огл считает, что в суперспиралях значительно выше ожидаемая скорость вращения.

Суперспирали также находятся в больших, чем средние, ореолах темной материи. Самый массивный ореол, который измерял Огл, содержит достаточно темной материи, чтобы весить по крайней мере в 40 трлн раз больше, чем наше Солнце. Это количество темной материи обычно содержит группу галактик, а не одну галактику.

"Оказывается, что спин галактики задается массой ее ореола темной материи", - объясняет Огл.

Тот факт, что суперспирали нарушают привычное соотношение между массой галактик в звездах и скоростью вращения - это новое доказательство против альтернативной теории гравитации, известной как Модифицированная ньютоновская динамика, или MOND. MOND предлагает, что на крупнейших масштабах, таких как галактики и скопления галактик, гравитация несколько сильнее, чем предполагалось бы Ньютоном или Эйнштейном. Это приводило бы, например, к тому, что внешние участки спиральной галактики вращались бы быстрее, чем ожидалось, исходя из ее массы в звездах. MOND разработана для воспроизведения стандартных соотношений в скоростях вращения спирали, поэтому она не может объяснить другое, как суперспирали. Суперспиральные наблюдения показывают, что не-Ньютоновская динамика не нужна.

Несмотря на то, что суперспирали являются самыми массивными галактиками во Вселенной, они на самом деле имеют меньший вес в звездах сравнению с тем, что можно было бы ожидать по количеству темной материи, которую они содержат. Это говорит о том, что большое количество темной материи тормозит образование звезд. Возможны две причины: 1) любой дополнительный газ, который втягивается в галактику, разрушается и нагревается, не давая ему остыть и образовывать звезды, или 2) быстрое вращение галактики усложняет разрушение газовых облаков против центробежной силы.

«Это первый раз, когда мы нашли спиральные галактики, которые являются настолько большими, как вообще возможно", - говорит Огл.

Несмотря на это разрушительное воздействие, суперспирали все еще способны образовывать звезды. Хотя самые эллиптические галактики образовывали все, или большинство своих звезд, более 10 миллиардов лет назад, суперспирали все еще формируют свои звезды. Они превращают в звезду примерно более 30 масс Солнца ежегодно, что нормально для галактики такого размера. Для сравнения, наш Млечный Путь образует звезды на близко 1 солнечную массу в год.

Огл и его команда предложили дополнительные наблюдения, которые помогут ответить на ключевые вопросы насчет суперспиралей, включая наблюдения, предназначенные для лучшего изучения движения газа и звезд в пределах их дисков. После запуска в 2021 году, космический телескоп Джеймса Вебба от NASA сможет изучать суперспирали на больших расстояниях и в соответствии в более молодом возрасте, чтобы узнать, как они развиваются с течением времени. И миссия НАСА WFIRST может помочь найти больше суперспиралей, которые чрезвычайно редки, благодаря большому углу обзора.

Фото: NASA, ESA, P. Ogle and J. DePasquale (STScI), SDSS.

Читайте еще интересные новости о космосе.