Незвичні галактики кидають виклик теорії темної матерії

Два нових дослідження підтверджують, що дійсно існують галактики, які не мають темної матерії.

Після виявлення "NGC 1052-DF2" - першої відомої галактики, що практично не містить темної матерії, команда астрономів отримала більш переконливі докази її причудливої природи, розповідають в Обсерваторії Кека.

Темна матерія - таємнича, невидима речовина, яка зазвичай домінує в складі галактик; стало безпрецедентним і повною несподіванкою знайти об′єкт, в якому відсутня темна матерія.

"Якщо там є якийсь об′єкт, завжди у задній частині вашого мозку тихий голос говорить: "А що, якщо ви помиляєтеся?" Хоч ми й зробили всі перевірки, про які тільки могли подумати, ми були стурбовані тим, що природа збила нас з пантелику і зговорилася зробити дещо, що виглядає особливим, тоді як це було більш повсякденним", - сказав керівник групи Пітер ван Доккум, професор астрономії в Єльському університеті.

Наразі команда ван Доккума проводить не одне, а два нових дослідження, які підтверджують їх первісні спостереження, демонструючи, що темна матерія дійсно відокремлювана від галактик.

До складу команди входять Роберто Абрахам - професор астрономії та астрофізики в Торонтському університеті, Аарон Романовські - доцент кафедри фізики та астрономії в Державному університеті Сан-Хосе, Чарлі Конрой - професор астрономії в Гарвардському університеті і Шані Даніелі - аспірант Єльського університету.

"Той факт, що ми бачимо щось абсолютно нове, це так захопливо", - сказав Деніелі, який перший помітив галактику близько двох років тому. "Ніхто не знав, що такі галактики існують, і найкраще в світі для студента-астронома - виявити об′єкт, будь то планета, зірка або галактика, про яку ніхто не знав і навіть не думав", - додав він.

У першому дослідженні команда підтвердила свої початкові спостереження за "NGC 1052-DF2", або коротко DF2, які показують, що темна матерія практично відсутня в галактиці. За допомогою інструменту "Keck Cosmic Web Imager" (KCWI) Обсерваторії ім. М. Кека, вони отримали більш точні вимірювання і виявили, що глобулярні скупчення всередині галактики дійсно рухаються зі швидкістю, що відповідає масі нормальної матерії галактики. Якщо в DF2 була б темна матерія, то скупчення рухалися б набагато швидше.

KCWI є унікальним, зазначив провідний автор дослідження Деніелі. "Інструмент не тільки дозволяє бачити нам всю галактику відразу, його висока спектральна роздільна здатність також дозволяє нам точно виміряти масу", - розповів він.

У другому дослідженні команда використовувала інструмент Обсерваторії Кека "Low Resolution Imaging Spectrometer" (LRIS), щоб знайти іншу галактику, позбавлену темної матерії, названу "NGC 1052-DF4", або короткою DF4.

"Відкриття другої галактики з практично відсутньою темною матерією настільки ж захоплююче, як і першопочаткове відкриття DF2", - сказав ван Доккум, ведучий автор статті про DF4. "Це означає, що шансів знайти більше таких галактик зараз більше, ніж ми вважали раніше. Оскільки у нас немає хороших пояснень щодо утворення цих галактик, я сподіваюся, що ці відкриття заохотять більше вчених до роботи над цією головоломкою", - додав він.

Результати роботи команди опубліковані в журналі "The Astrophysical Journal Letters".

Як і DF2, DF4 належить до відносно нового класу галактик, які називаються ультрадиффузними галактиками (УДГ). Вони такі ж великі, як наш Чумацький Шлях, але мають від 100 до 1000 разів менше зірок, що робить їх пухкими і напівпрозорими, тому їх важко спостерігати.

Як не дивно, відсутність темної матерії в цих УДГ посилює теорію темної матерії. Це доводить, що темна матерія є субстанцією, яка не пов′язана з "нормальною" матерією, оскільки обидві можна виявити окремо. Відкриття цих галактик важко пояснити в теоріях, які змінюють закони гравітації у великих масштабах у якості альтернативи гіпотезі темної матерії.

Це шокуюче відкриття викликало деяку критику, коли команда вперше заявила про свої результати в березні 2018 року, розповів ван Доккум, та команда продовжила працювати.

Наразі Даніелі веде спостереження за широкою областю за допомогою телесакопу Dragonfly Telephoto Array (DTA) для пошуку більшої кількості прикладів систематичним чином, потім спостерігає за кандидатами на телескопах Кека.

"Ми сподіваємося, що в подальшому з′ясуємо наскільки поширені ці галактики і чи існують вони в інших областях Всесвіту", - сказав Даніелі. "Ми хочемо знайти більше доказів, які допоможуть нам зрозуміти, як властивості цих галактик співпрацюють з нашими теперішніми теоріями. Ми сподіваємося, що це зробить нас на один крок попереду в розумінні однієї з найбільших таємниць нашого Всесвіту - природи темної матерії", - підкреслив він.