Гігантська таємниця: Ця величезна галактика, схоже, не має темної матерії

Відповідно до наших переважаючих космологічних моделей, темна матерія становить приблизно 85% маси у Всесвіті.

Хоча триваючі зусилля з вивчення цієї таємничої невидимої маси не дали прямих доказів, астрофізики змогли виміряти її вплив, спостерігаючи за гало темної матерії , гравітаційними лінзами та впливом загальної теорії відносності на великомасштабні космічні структури.

А завдяки місіям наступного покоління, таким як космічні телескопи Euclid від ESA та Roman Nancy Grace від NASA, темна матерія може надовго не залишатися таємницею!

А потім з’являється щось на кшталт цього: величезна галактика, яка, здається, має мало темної матерії або зовсім її не має! Саме це помітила група астрономів під керівництвом членів Інституту астрофізики Канарських островів (IAC), спостерігаючи за NGC 1277.

Ця лінзоподібна галактика, розташована на відстані 240 мільйонів світлових років від нас у сузір’ї Персея, у кілька разів масивніша за Чумацький Шлях.

Це перший випадок, коли була знайдена масивна галактика, яка не демонструє ознак темної матерії, що є серйозним викликом для наших поточних космологічних моделей.

Дослідження проводилися під керівництвом Себастьєна Комерона , екстрагалактичного астронома з Університету де Ла-Лагуна (ULL), IAC, і лідера колаборації Archæology of Thick discs (ArcThick).

До нього приєдналися дослідники з Instituto Nacional de Astrofísica, Optica y Electrónica (INAOE), Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, Національної академії наук України, Instituto de Física de Parículas y del Cosmos (IPARCOS), Інституту астрономії Макса Планка (MPA) та кількох університетів. Стаття, яка описує їхні відкриття, нещодавно з’явилася в журналі Astronomy & Astrophysics .

Відповідно до Стандартної моделі космології – ака. модель лямбда -холодної темної матерії (ΛCDM) – темна матерія відігравала невід’ємну роль у формуванні та еволюції космосу (і досі відіграє).

Теоретично ця невидима маса існувала незабаром після Великого вибуху та утворювала гало, які притягували нейтральний водень у закручені диски. Цей газ втягувався у все щільніші хмари, викликаючи формування перших зірок і галактик.

Сьогодні DM є основним компонентом усіх масивних галактик, і це видно за кривими їх обертання, створеними ними лінзами та їхньою взаємодією з навколишніми зірками та міжгалактичним середовищем (IGM).

Однак, коли команда виміряла розподіл маси NGC 1277, вони спостерігали лише розподіл зірки. З цього вони зробили висновок, що ТМ не може становити більше 5% маси галактики в межах спостережуваного радіуса, хоча їхні спостереження показали, що ТМ може бути взагалі відсутнім. Як пояснив Комерон у нещодавньому прес-релізі IAC :

«Цей результат не узгоджується з прийнятими наразі космологічними моделями, які включають темну матерію. Важливість реліктових галактик у тому, щоб допомогти нам зрозуміти, як утворилися перші галактики, була причиною, по якій ми вирішили спостерігати NGC 1277 за допомогою інтегрального польового спектрографа. На основі спектрів ми склали кінематичні карти, які дозволили нам розробити розподіл маси всередині галактики в радіусі близько 20 000 світлових років».

У своїй роботі команда описує NGC 1277 як прототип «реліктової галактики», дуже рідкісного класу, який не взаємодіє з сусідніми галактиками. Вважається, що ці галактики є залишками гігантських галактик, які утворилися незабаром після Великого вибуху.

Однак модель ΛCDM передбачає, що на DM має припадати щонайменше 10% таких масивних галактик, як NGC 1277, і максимум 70% для цього конкретного типу. За словами співавтора Анни Ферре-Матеу, дослідниці з IAC та ULL, існує два можливі пояснення цієї невідповідності:

«Одна полягає в тому, що гравітаційна взаємодія з навколишнім середовищем у скупченні галактик, у якому ця галактика розташована, позбавила темної матерії. Інша полягає в тому, що темна матерія була витіснена з системи, коли галактика утворилася в результаті злиття протогалактичних фрагментів, що дало початок реліктовій галактиці».

Однак жодне з цих пояснень не є повністю задовільним для команди.

Найближчим часом команда планує продовжити дослідження цієї таємниці, провівши спостереження за допомогою інструменту WHT Enhanced Area Velocity Explorer (WEAVE) на телескопі Вільяма Гершеля (WHT), розташованому в обсерваторії Роке-де-лос-Мучачос на острові Ла-Пальма.

Якщо вимірювання швидкості WEAVE підтвердять, що NGC 1277 не має DM, це може поставити під серйозний сумнів альтернативні теорії, такі як модифікована динаміка Ньютона (MOND). Сказав Трухільо:

«Ця розбіжність між спостереженнями та тим, що ми очікували, є головоломкою і, можливо, навіть викликом для стандартної моделі. Хоча темна матерія в конкретній галактиці може бути втрачена, модифікований закон гравітації має бути універсальним, він не може мати винятків, тому галактика без темної матерії є спростуванням цього типу альтернатив темній матерії».

Ці спостереження також можуть пролити світло на особливо величезну надмасивну чорну діру (SMBH) галактики , яка становить приблизно 17 мільярдів сонячних мас, або в 4250 разів більше, ніж у Стрільці A* (SMBH у центрі Чумацького Шляху).

На думку деяких астрономів, джерелом ТМ можуть бути чорні діри , які утворилися внаслідок колапсу Гало ТМ під час раннього Всесвіту . Існує також таємниця галактик темної матерії , як-от дивний випадок FAST J0139+4328 , які майже повністю складаються з DM.

Місії нового покоління, як-от римські космічні телескопи «Евклід» і «Ненсі Грейс », також дадуть нове розуміння, досліджуючи розширення космосу після Великого вибуху. Ці спостереження спрямовані на вимірювання впливу темної матерії (і темної енергії ) на найбільший космічний масштаб.

Результати цих та інших досліджень дозволять вирішити триваючу дискусію, виявивши, що таємнича невидима маса існує або що наше розуміння гравітації (як описано в загальній теорії відносності) потребує перегляду.