Гигантская тайна: кажется, что в этой огромной галактике нет темной материи

Согласно нашим основным космологическим моделям, темная материя составляет примерно 85 % массы Вселенной.

Несмотря на то, что продолжающиеся усилия по изучению этой загадочной невидимой массы не дали прямых доказательств, астрофизики смогли измерить ее влияние, наблюдая ореолы темной материи, гравитационные линзы и влияние общей теории относительности на крупномасштабные космические структуры.

И с помощью миссий следующего поколения, таких как ЕКА E uclid и космических телескопов НАСА Нэнси Грейс Роман, темная материя может перестать быть загадкой намного дольше!

И тогда появляется что-то вроде этого: массивная галактика, в которой, похоже, мало или совсем нет темной материи! Именно это заметила группа астрономов во главе с сотрудниками Канарского астрофизического института (IAC) при наблюдении за NGC 1277.

Эта линзообразная галактика, расположенная в созвездии Персея на расстоянии 240 миллионов световых лет, в несколько раз массивнее Млечного Пути.

Это первый случай обнаружения массивной галактики, в которой нет признаков темной материи, что является серьезным вызовом нашим текущим космологическим представлениям. моделей.

Исследованиями руководил Себастьен Комерон, внегалактический астроном из Университета Ла Лагуна (ULL), IAC, и руководитель коллаборации «Археология толстых дисков» (ArcThick).

К нему присоединились исследователи из Национального института астрофизики, оптики и электроники (INAOE), Consejo Nacional de C iencia y Tecnología, Национальная академия наук Украины, Институт физики частиц и космоса (IPARCOS), Институт астрономии Макса Планка (MPA) и несколько университетов. Статья, описывающая их открытия, недавно появилась в журнале Astronomy & Astrophysics.

Согласно Стандартной модели космологии — она же. модель лямбда-холодной темной материи (ΛCDM) — темная материя играла неотъемлемую роль в формировании и эволюции космоса (и играет до сих пор).

Теоретически эта невидимая масса существовала вскоре после Большого взрыва и образовывала ореолы, привлекавшие нейтральный газообразный водород в вращающиеся диски. Этот газ втягивался во все более и более плотные облака, вызывая образование первых звезд и галактик.

Сегодня DM является основным компонентом всех массивных галактик и проявляется в их кривых вращения, линзах, которые они создают, и их взаимодействии с окружающими звездами и межгалактической средой (IGM).

Однако, когда команда измерила распределение массы NGC 1277, они наблюдали только распределение звезды. Из этого они сделали вывод, что ТМ не может составлять более 5% массы галактики в пределах наблюдаемого радиуса, хотя их наблюдения показали, что ТМ может вообще не быть. Как объяснил Комерон в недавнем пресс-релизе IAC:

«Этот результат не согласуется с принятыми в настоящее время космологическими моделями, которые включают темную материю. Важность реликтовых галактик для помощи нам в понимании того, как образовались первые галактики, была причиной, по которой мы решили наблюдать NGC 1277 с помощью спектрографа интегрального поля. Из спектров мы составили кинематические карты, которые позволили нам определить распределение массы внутри галактики до радиуса около 20, 000 световых лет.»

В своей работе команда описывает NGC 1277 как прототип «реликтовой галактики», очень редкого класса, который не взаимодействует с соседними галактиками. Считается, что эти галактики являются остатками гигантских галактик, сформировавшихся вскоре после Большого взрыва.

Однако модель ΛCDM предсказывает, что на долю DM должно приходиться не менее 10 % галактик столь же массивных, как NGC 1277, и максимум 70 % для этого конкретного типа. По словам соавтора Анны Ферре-Матеу, исследователя IAC и ULL, существует два возможных объяснения этого несоответствия:

«Первое состоит в том, что гравитационное взаимодействие с окружающей средой внутри скопления галактик, в котором расположена эта галактика, лишило темную материю. Второе состоит в том, что темная материя была вытеснена из системы, когда галактика сформировалась в результате слияния протогалактических фрагментов, что привело к реликтовой галактике».

Однако ни одно из этих объяснений не является полностью удовлетворительным для команды.

В ближайшем будущем команда планирует продолжить расследование загадки, проведя наблюдения с помощью инструмента WHT Enhanced Area Velocity Explorer (WEAVE) на телескопе Уильяма Гершеля (WHT), расположенном в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос на острове Ла-Пальма.

Если измерения скорости WEAVE подтвердят, что NGC 1277 не имеет DM, это может вызвать серьезные сомнения в альтернативных теориях, таких как модифицированная ньютоновская динамика (MOND). Трухильо сказал:

«Это несоответствие между наблюдениями и тем, что мы ожидаем, является загадкой и, возможно, даже вызовом для стандартной модели. Хотя темная материя в конкретной галактике может быть потеряна, модифицированный закон гравитации должен быть универсальным, он не может иметь исключений, так что галактика без темной материи является опровержением этого типа альтернатив темной материи».

Эти наблюдения могут также пролить некоторый свет на особенно огромные сверхмассы галактики. Черная дыра (СМЧД), масса которой составляет примерно 17 миллиардов масс Солнца, или в 4250 раз больше, чем у Стрельца A* (СМЧД в центре Млечного Пути).

По мнению некоторых астрономов, черные дыры могут быть источником ТМ, которая образовалась в результате коллапса DM Halo во время ранней Вселенной. Есть также загадка галактик из темной материи, как любопытный случай FAST J0139+4328, которые почти полностью состоят из DM.

Миссии следующего поколения, такие как космические телескопы Euclid и Nancy Grace Roman, также предоставят новое понимание, исследуя расширение космоса после Большого взрыва. Эти наблюдения направлены на измерение влияния Темной Материи (и Темной Энергии) в самых больших космических масштабах.

Результаты этих и других исследований разрешат продолжающиеся споры, обнаружив, что либо существует загадочная невидимая масса, либо что наше понимание гравитации (описанное общей теорией относительности) нуждается в пересмотре.

Эта статья была первоначально опубликована Universe Today. Прочтите исходную статью.