Далекая-далекая галактика вообще не имеет темной материи
Галактика без темной материи перевернула бы фундаментальные теории образования галактик.
На первый взгляд галактика в 250 миллионах световых лет от Земли кажется обычной, но при более глубоком рассмотрении обнаруживается загадочная причуда: кажется, что в ней нет темной материи.
Если в конечном итоге будет подтверждено, что эти галактики лишены темной материи, это может опровергнуть фундаментальные теории о создании галактик (темная материя считается важной для этого процесса). А это, в свою очередь, могло исключить главного кандидата на загадочную субстанцию, называемую холодной темной материей.
"В принципе, таких галактик не должно существовать", - сказал Мансера Пинья, доктор астрономии из Университета Гронингена в Нидерландах и астроном из ASTRON (Нидерландский институт радиоастрономии), имея в виду тот факт, что считается, что темная материя является клеем, который скрепляет звезды, газ и пыль галактики. "Мы не можем эффективно объяснить их с помощью какой-либо существующей теории", - сказал Мансера Пинья, ведущий автор новой статьи, описывающей полученные данные.
Галактики, называемый AGC 114905, является ультрадиффузной галактикой (УДГ). Эти галактики тусклые; AGC 114905 примерно такого же размера, как Млечный Путь, но имеет в 1000 раз меньше звезд.
Когда Манчера Пинья и его коллеги впервые посмотрели на AGC 114905 в 2019 году, они заподозрили, что в нем может не быть темной материи из-за того, насколько быстро она вращается. Скорость вращения галактики показывает, сколько в ней материала; чем массивнее галактика, тем сильнее ее гравитация и тем быстрее она вращается. Сравнивая скорость с количеством видимого вещества - количеством звезд, газа и пыли - астрономы могут работать в обратном направлении, чтобы выяснить, сколько дополнительных невидимых веществ - темной материи - должно присутствовать, чтобы учесть скорость галактики.
Но поскольку рассматриваемая галактика настолько тусклая, у них изначально не было достаточно данных, чтобы полностью определить скорость вращения, чтобы определить, полностью ли она лишена темной материи. Поэтому они вернулись для второго взгляда, собрав 40 часов наблюдений с помощью радиообсерватории Very Large Array в Нью-Мексико.
Благодаря своим наблюдениям, которые позволили нанести на карту газ в галактике, астрономы выяснили, с какой скоростью движется газ. Это позволило им выяснить скорость вращения галактики и, следовательно, количество темной материи в галактике. Но в конечном итоге исследователи пришли к выводу, что, похоже, для темной материи нет места.
"Это то, чего мы, конечно, ожидали, но мало ли", - сказал Манчера Пинья. "Это все еще было сюрпризом".
Открытие предполагает, что они, возможно, потеряли свою темную материю из-за взаимодействия со своими более крупными соседними галактиками, гравитация которых, возможно, унесла темную материю меньших галактик. Но, учитывая, что вокруг AGC 114905 нет массивных галактик, такое объяснение маловероятно.
Это бросает вызов теориям формирования галактик, потому что считается, что темная материя необходима для их образования, поскольку ее гравитация помогает объединить относительно более редкий нормальный материал. Если есть галактики без темной материи, это означает, что темная материя может не понадобиться для образования галактик.
Изучение AGC 114905 также дает астрономам новый способ проверить природу темной материи. Текущие теории формирования галактик основаны на особом типе темной материи, называемом холодной темной материей, но если эти теории не объясняют странные галактики, такие как AGC 114905, то, возможно, холодная темная материя тоже не работает.
"Мы пытались понять, что такое темная материя в течение последних 50 лет, но, похоже, мы зашли в какой-то тупик", - сказал Манчера Пинья. Тщательно изучив эту и другие галактики, астрономы смогут определить, на что может быть похожа темная материя, если это не холодная темная материя. В ходе исследования исследователи также применили модели альтернативной теории к темной материи под названием Модифицированная ньютоновская динамика, или MOND, чтобы увидеть, может ли это объяснить уникальные характеристики галактики. Однако эта теория также не смогла согласовать скорость галактики.
Питер ван Доккум, астроном из Йельского университета, который изучал UDG с дефицитом темной материи, но не участвовал в новой работе, сказал, что, по его мнению, новые результаты многообещающие и значимые, но астрономам потребуются дополнительные исследования, чтобы убедиться в том, что галактика действительно лишен темной материи.
"Будет много дискуссий"», - сказал ван Доккум. "Чрезвычайные заявления требуют чрезвычайных доказательств".
Авторы исследования планируют продолжить изучение AGC 114905 и собирают наблюдения других UDG, которые могут быть свободны от темной материи.