Астрономи пропонують можливе пояснення невловимих галактик без темної матерії

Дослідження показало екстремальні втрати маси у карликових галактиках, утворених у моделюванні.

Дослідники виявили, що деякі карликові галактики можуть зараз здаватися позбавленими темної матерії, хоча в минулому вони утворювались як галактики, в яких темна матерія домінувала, розповідають в Каліфорнійському університеті в Ріверсайді.

Галактики, у яких, як видається, майже немає темної матерії — несвітового матеріалу, з якого, як вважають, складається 85% матерії у Всесвіті — ускладнює розуміння астрономами вмісту темної матерії у Всесвіті. Такі галактики, які нещодавно були знайдені під час спостережень, кидають виклик космологічній моделі, що використовується астрономами під назвою “Лямбда-холодна темна матерія”, або ЛХТМ, в якій всі галактики оточені масивним і протяжним ореолом темної матерії.

Галактики, що не містять темної матерії, недостатньо вивчені астрономічним співтовариством. Один зі способів вивчити можливі механізми утворення цих невловимих галактик — наприклад ультрадифузних галактик DF2 та DF4 (NGC 1052-DF2 та NGC 1052-DF4 в сузір’ї Кита) — знайти подібні об'єкти в числовому моделюванні та вивчити їх еволюцію в часі та обставини, що призводять до втрати темної матерії.

Джессіка Доппел, аспірантка кафедри фізики та астрономії в Каліфорнійському університеті в Ріверсайді, перша авторка наукової роботи, опублікованої 8 лютого 2021 року в “Щомісячних повідомленнях Королівського астрономічного товариства”, пояснила, що у ЛХТМ-всесвіті у всіх галактиках повинна бути домінуюча темна матерія.

“Це і є виклик”, - сказала вона. “Пошук аналогів у моделюваннях того, що бачать спостерігачі, є значним і не гарантованим. Початок з'ясовування походження цих типів об'єктів та їхніх зачасту аномальних популяцій кулястих скупчень дозволяє нам ще більше зміцнити наші теоретичні основи формування темної матерії та галактик і підтвердити, що немає потрібності у альтернативних формах темної матерії. Ми виявили, що холодна темна матерія добре працює”.

Для дослідження вчені використовували космологічне та гідродинамічне моделювання під назвою Illustris, яке пропонує модель формування галактик, що включає еволюцію зірок, зворотню реакцію наднової, зростання чорної діри та злиття. Дослідники виявили, що пара "карликових галактик" в скупченнях мала подібний зоряний вміст, кількість кулястих скупчень і масу темної матерії, як DF2 і DF4.

Як випливає з назви, карликова галактика — невелика, і може складатися з кількох мільярдів зірок. На відміну від них, Чумацький Шлях, який має понад 20 відомих карликових галактик, що обертаються навколо нього, містить від 200 до 400 мільярдів зірок. Кулясті (зоряні) скупчення часто використовуються для оцінки вмісту темної матерії в галактиках, особливо карликових.

Дослідники використовували симуляцію Illustris для дослідження походження непарних карликових галактик, таких як DF2 і DF4. Вони знайшли змодельовані аналоги карликів, що не містять темної матерії, у вигляді об'єктів, які тривалий час еволюціонували в галактичних скупченнях і втратили більше 90% темної матерії шляхом припливного здирання — вилучення матеріалу галактичними припливними силами.

“Цікаво, що той же механізм припливного здирання здатний пояснити інші властивості карликів, таких як DF2 і DF4 — наприклад, той факт, що вони є "ультрадифузними галактиками"”, - сказала співавтор Лора Салес, доцент фізики й астрономії в Каліфорнійському університеті в Ріверсайті та дипломний куратор Доппел. “Наші моделювання пропонують комбіноване рішення як для структури цих карликів, так і їх низького вмісту темної матерії. Можливо, надзвичайні припливні втрати маси в нормальних карликових галактиках — це те, як формуються ультрадифузні об'єкти”.

У співпраці з дослідниками з Інституту астрофізики імені Макса Планка в Німеччині група Салес наразі працює над вдосконаленими моделюваннями, які мають більш детальну фізику та числову роздільну здатність, приблизно в 16 разів кращу, ніж моделювання Illustris.

“Завдяки цим даним ми зможемо поширити наше дослідження на карликів ще з меншою масою, яких у Всесвіті більше, і, як очікується, в їх центрах буде домінувати більше темної матерії, що робить їх більш складними для пояснення”, - сказала Доппел. “Ми дослідимо, чи зможе припливне зривання забезпечити шлях до виснаження карликів від вмісту їхньої внутрішньої темної матерії. Ми плануємо зробити прогнози щодо вмісту зірок, кулястих скупчень і темної матерії в карликах, які потім порівняємо з майбутніми спостереженнями”.

Дослідницька група вже отримала час на роботу в обсерваторії В. М. Кека, щоб допомогти відповісти на деякі питання, що стосуються спостережень за карликами в скупченні Діви.

До Салес та Доппель приєдналися Хуліо Ф. Наварро з Університету Вікторії в Канаді; Маріо Г. Абаді та Феліпе Рамос-Альмендарес з Національного університету Кордови в Аргентині; Ерік В. Пен з Пекінського університету в Китаї; та Еліза Толоба з Тихоокеанського університету в Каліфорнії.

Дослідження було підтримане грантами НАСА та Національного наукового фонду.

Дослідження озаглавлене «Сферичні скупчення як відслідковувачі вмісту темної матерії карликів у скупченнях галактик».

Читайте ще цікаві новини про космос.