Masywna galaktyka prawie pozbawiona ciemnej materii

Zgodnie z naszymi dominującymi modelami kosmologicznymi, ciemna materia stanowi około 85% masy we wszechświecie. Chociaż trwające wysiłki mające na celu zbadanie tej tajemniczej, niewidocznej gromady nie przyniosły żadnych bezpośrednich dowodów, astrofizycy byli w stanie zmierzyć jej wpływ poprzez obserwacje. halo ciemnej materiii soczewkowanie grawitacyjne oraz wpływ ogólnej teorii względności na wielkoskalowe struktury kosmiczne. oraz z pomocą misji nowej generacji, takich jak ESA Euklides I NASA Nancy Grace Roman Dla teleskopów kosmicznych ciemna materia może już nie być tajemnicą!

Potem pojawia się coś takiego: masywna galaktyka, która wydaje się mieć niewiele lub wcale nie ma ciemnej materii! Dokładnie to zaobserwował zespół astronomów kierowany przez członków Instituto Astrofisica de Canarias (IAC) podczas obserwacji NGC 1277. Ta galaktyka soczewkowata, położona 240 milionów lat świetlnych stąd w gwiazdozbiorze Perseusza, jest kilka razy większa niż Droga Mleczna. Po raz pierwszy odkryto masywną galaktykę, która nie wykazuje oznak ciemnej materii, co stanowi poważne wyzwanie dla naszych obecnych modeli kosmologicznych.

Poszukiwania prowadzono Sebastian Komorpozagalaktyczny astronom z University of La Laguna (ULL), IAC i lider Archiwizatory na grubym dysku (ArcThick) Współpraca. Dołączyli do niego naukowcy z Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, Narodowej Akademii Nauk Ukrainy, Instituto Física de Partículas y del Cosmos (IPARCOS) oraz Max Planck Institute for Astronomy and Multiple Universities (MPA). Artykuł opisujący ich odkrycia pojawił się niedawno w czasopiśmie Astronomia i astrofizyka.

Zgodnie z Modelem Standardowym kosmologii – zwanym też tzw. the Zimna ciemna materia lambda Model (? CDM) – ciemna materia odegrała integralną rolę w powstawaniu i ewolucji wszechświata (i nadal ją odgrywa). Teoretycznie ta niewidzialna masa istniała wkrótce po Wielkim Wybuchu i utworzyła halo, które przyciągało neutralny gazowy wodór do wirujących dysków. Gaz ten był wciągany w coraz gęstsze obłoki, co doprowadziło do powstania pierwszych gwiazd i galaktyk. Dziś DM jest głównym składnikiem wszystkich masywnych galaktyk i widać to po jego krzywych rotacji, tworzonych przez niego soczewkach oraz jego interakcjach z otaczającymi gwiazdami i ośrodkiem galaktycznym (IGM).

Jednak kiedy zespół zmierzył rozkład masy NGC 1277, zauważył jedynie rozkład gwiazdy. Na tej podstawie doszli do wniosku, że DM może stanowić nie więcej niż 5% masy galaktyki w obserwowanym promieniu – chociaż ich obserwacje wskazują, że DM może w ogóle nie istnieć. Jak niedawno zauważył Comeron Komunikat prasowy IAC:

„Ten wynik nie pasuje do obecnie akceptowanych modeli kosmologicznych, które obejmują ciemną materię. Znaczenie pozostałych galaktyk w pomaganiu nam zrozumieć, w jaki sposób powstały pierwsze galaktyki, jest powodem, dla którego zdecydowaliśmy się obserwować NGC 1277 za pomocą zintegrowanego spektrometru polowego. Z widm stworzyliśmy mapy kinematyczne, które umożliwiły nam określenie rozkładu masy w galaktyce w promieniu około 20 000 lat świetlnych.”

W swoim artykule zespół opisuje NGC 1277 jako prototyp „galaktyki szczątkowej”, bardzo rzadkiej klasy, która nie wchodzi w interakcje z sąsiednimi galaktykami. Uważa się, że galaktyki te są pozostałościami gigantycznych galaktyk, które powstały wkrótce po Wielkim Wybuchu. Jednak model CDM przewiduje, że DM powinien stanowić co najmniej 10% masywnych galaktyk, takich jak NGC 1277, z maksimum 70% dla tego konkretnego typu. Powiedział Współautorka Ana Ferré Mathieu, badaczka w IAC i ULL Istnieją dwa możliwe wyjaśnienia tej rozbieżności:

„Po pierwsze, oddziaływanie grawitacyjne z otaczającym ośrodkiem w gromadzie galaktyk, w której znajduje się ta galaktyka, pozbawiło ciemną materię. Po drugie, ciemna materia została wyrzucona z układu, gdy galaktyka została utworzona przez połączenie fragmentów protogalaktycznych, dając początek pozostałej galaktyce”.

Jednak żadne z tych wyjaśnień nie jest w pełni satysfakcjonujące dla zespołu. W niedalekiej przyszłości zespół planuje dalsze badanie tajemnicy, dokonując obserwacji za pomocą WHT Enhanced Zone Speed ​​Finder (WEAVE) mieszczącej się przy ul Teleskop Williama Herschela (WHT), zlokalizowanego w Obserwatorium Roque de los Muchachos na wyspie La Palma. Jeśli pomiary prędkości WEAVE potwierdzą, że NGC 1277 nie ma DM, mogą podać w wątpliwość alternatywne teorie – takie jak zmodyfikowana dynamika Newtona (MOND). Powiedział Trujillo:

„Ta rozbieżność między obserwacjami a tym, czego oczekujemy, jest tajemnicą i być może wyzwaniem dla Modelu Standardowego. Chociaż ciemna materia może zostać utracona w danej galaktyce, zmodyfikowane prawo grawitacji powinno być uniwersalne i nie może mieć wyjątków, więc galaktyka bez ciemnej materii byłaby zaprzeczeniem tego rodzaju surogatu ciemnej materii.”

Obserwacje te mogą również rzucić nieco światła na galaktykę supermasywnej czarnej dziury (SMBH), która ma masę około 17 miliardów mas Słońca, czyli 4250 razy większą od masy Sagittarius A* (SMBH w centrum Drogi Mlecznej)! Według niektórych astronomów źródłem DM mogą być czarne dziury, które powstały w wyniku zapadnięcia się halo DM we wczesnym wszechświecie. Istnieje również tajemnica galaktyk ciemnej materii, jak na przykład dziwny przypadek FAST J0139+4328, który składa się prawie wyłącznie z DM.

Misje nowej generacji, takie jak Euklides i Nancy Grace Roman Teleskopy kosmiczne również dostarczą nowych informacji, badając rozszerzanie się Wszechświata od Wielkiego Wybuchu. Obserwacje te mają na celu zmierzenie wpływu ciemnej materii (i ciemnej energii) na największe kosmiczne skale. Wyniki tych i innych badań rozstrzygną debatę, ujawniając istnienie tajemniczej niewidzialnej masy lub że nasze rozumienie grawitacji (opisane przez ogólną teorię względności) wymaga rewizji.

Dalsza lektura: MAKI Astronomia i astrofizyka