Астрономы предлагают возможное объяснение неуловимых галактик без темной материи

Исследование показало экстремальные потери массы в карликовых галактиках, образованных в моделировании.

Исследователи обнаружили, что некоторые карликовые галактики могут сейчас казаться лишенными темной материи, хотя в прошлом они образовывались как галактики, в которых темная материя доминировала, рассказывают в Калифорнийском университете в Риверсайде.

Галактики, в которых, как представляется, почти нет темной материи — несветлого материала, из которого, как полагают, состоит 85% материи во Вселенной — затрудняет понимание астрономами содержания темной материи во Вселенной. Такие галактики, которые недавно были найдены во время наблюдений, бросают вызов космологической модели, используемой астрономами под названием "Лямбда-холодная темная материя", или ЛХТМ, в которой все галактики окружены массивным и протяженным ореолом темной материи.

Галактики, не содержащие темной материи, недостаточно изучены астрономическим сообществом. Один из способов изучить возможные механизмы образования этих неуловимых галактик — например ультрадифузних галактик DF2 и DF4 (NGC 1052-DF2 и NGC 1052-DF4 в созвездии Кита) — найти подобные объекты в числовом моделировании и изучить их эволюцию во времени и обстоятельств, приводящих к потере темной материи.

Джессика Доппель, аспирантка кафедры физики и астрономии в Калифорнийском университете в Риверсайде, первая автор научной работы, опубликованной 8 февраля 2021 года в "Ежемесячных сообщениях Королевского астрономического общества", пояснила, что в ЛХТМ-вселенной во всех галактиках должна быть доминирующая темная материя.

«Это и есть вызов», - сказала она. «Поиск аналогов в моделировании того, что видят наблюдатели, является значительным и не гарантированным. Начало выяснения происхождения этих типов объектов и их зачастую аномальных популяций шаровых скоплений позволяет нам еще больше укрепить наши теоретические основы формирования темной материи и галактик и подтвердить, что нет необходимости в альтернативных формах темной материи. Мы обнаружили, что холодная темная материя хорошо работает».

Для исследования ученые использовали космологическое и гидродинамическое моделирование под названием Illustris, которое предлагает модель образования галактик, включая эволюцию звезд, обратную реакцию сверхновой, рост черной дыры и слияния. Исследователи обнаружили, что пара "карликовых галактик" в скоплениях имела подобное звездное содержание, количество шаровых скоплений и массу темной материи, как DF2 и DF4.

Как следует из названия, карликовая галактика — небольшая, и может состоять из нескольких миллиардов звезд. В отличие от них, Млечный Путь, который имеет более 20 известных карликовых галактик, вращающихся вокруг него, содержит от 200 до 400 миллиардов звезд. Шаровые (звездные) скопления часто используются для оценки содержания темной материи в галактиках, особенно карликовых.

Исследователи использовали симуляцию Illustris для исследования происхождения нечетных карликовых галактик, таких как DF2 и DF4. Они нашли смоделированные аналоги карликов, не содержащие темной материи в виде объектов, которые длительное время эволюционировали в галактических скоплениях и потеряли более 90% темной материи путем приточного сдирания — изъятия материала галактическими приливными силами.

«Интересно, что тот же механизм приточного сдирания способен объяснить другие свойства карликов, как DF2 и DF4 — например, тот факт, что они являются "ультрадиффузнымы галактиками"», - сказала соавтор Лора Салес, доцент физики и астрономии в Калифорнийском университете в Риверсайти и дипломный куратор Доппель. «Наши моделирования предлагают комбинированное решение как для структуры этих карликов, так и их низкого содержания темной материи. Возможно, чрезвычайные приточные потери массы в нормальных карликовых галактиках — это то, как формируются ультрадиффузные объекты».

В сотрудничестве с исследователями из Института астрофизики имени Макса Планка в Германии группа Салес сейчас работает над усовершенствованными моделированиями, которые имеют более подробную физику и числовое разрешение, примерно в 16 раз лучше, чем моделирование Illustris.

«Благодаря этим данным мы сможем распространить наше исследование на карликов еще с меньшей массой, которых во Вселенной больше, и, как ожидается, в их центрах будет доминировать более темной материи, что делает их более сложными для объяснения», - сказала Доппель. «Мы исследуем, сможет ли приточное здирание обеспечить путь к истощению карликов от содержащейся в них темной материи. Мы планируем сделать прогнозы относительно содержания звезд, шаровых скоплений и темной материи в карликах, которые затем сравним с будущими наблюдениями».

Исследовательская группа уже получила время на работу в обсерватории В. М. Кека, чтобы помочь ответить на вопросы, касающиеся наблюдений за карликами в скоплении Девы.

К Салес и Доппель присоединились Хулио Ф. Наварро из Университета Виктории в Канаде; Марио Г. Абаде и Фелипе Рамос-Альмендарес из Национального университета Кордовы в Аргентине; Эрик В. Пен из Пекинского университета в Китае; и Элиза Толоба из Тихоокеанского университета в Калифорнии.

Исследование было поддержано грантами НАСА и Национального научного фонда.

Исследование озаглавлено «Сферические скопления как отслеживатели содержания темной материи карликов в скоплениях галактик».

Читайте еще интересные новости о космосе.