Сердце одинокой галактики оказалось наполнено темной материей

Согласно данным рентгеновской обсерватории «Чандра», работу которой курирует NASA, астрономы обнаружили то, что никогда не наблюдали раньше. Речь идет от галактике, которая была изолирована от остальных в течение миллиардов лет, в результате чего ее «сердце» буквально превратилось в сгусток темной материи. Результаты нового исследования были опубликованы 1 июня 2019 года в новом выпуске Astrophysical Journal.

Галактика, известная как Маркариан 1216 (сокращенно Mrk 1216), содержит звезды, которые находятся в пределах 10% от возраста Вселенной, то есть им почти столько же лет, сколько и самой Вселенной. Ученые обнаружили, что она прошла эволюцию, отличную от типичных галактик, как с точки зрения находящихся в ней звезд, так и наличия в ней невидимой темной материи, которая благодаря гравитации удерживает галактику. Темная материя составляет около 85% материи во Вселенной не смотря на то, что ее обнаружение еще остается под вопросом.

Mrk 1216 принадлежит к семейству галактик эллиптической формы, которые плотнее заполнены звездами в своих центрах, чем большинство других галактик. Астрономы считают, что они произошли от красноватых компактных галактик, называемых «красными самородками», которые образовались примерно через миллиард лет после Большого взрыва, но затем остановились в своем росте около 10 миллиардов лет назад.

Если это объяснение верно, то темная материя в Mrk 1216 и ее галактические «кузены» также должны быть очень плотными. Чтобы проверить эту идею в первый раз, пара астрономов изучила яркость рентгеновского излучения и температуру горячего газа на разных расстояниях от центра Mrk 1216, что позволило им «взвесить» массу темной материи в центре галактики.

Когда ученые мы сравнили данные «Чандра» с компьютерными моделями, они обнаружили, что внутри галактики присутствует гораздо более сильная концентрация темной материи, чем в других галактиках с аналогичной общей массой. Это говорит о том, что история Mrk 1216 очень отличается от типичной галактики.

Согласно новому исследованию, гало или нечеткая сфера темной материи сформировалась вокруг центра Мрк 1216 примерно через 3 или 4 миллиарда лет после Большого взрыва. Ожидается, что это гало распространился на большую область, чем звезды в галактике. Образование такой красной самородной галактики является типичным для широкого круга эллиптических галактик, наблюдаемых сегодня. Однако, в отличие от Mrk 1216, большинство гигантских эллиптических галактик продолжали постепенно увеличиваться в размерах, тогда когда меньшие галактики слились с ними за определенное космическое время.

Данные об Mrk 1216 также предоставляют полезную информацию о темной материи. Так как темная материя никогда не наблюдалась напрямую, некоторые ученые задаются вопросом, существует ли она вообще. В этом исследовании Буоте и Барт (авторы работы) интерпретировали данные «Чандра», используя как стандартные, «ньютоновские» модели гравитации, так и альтернативную теорию, известную как модифицированная ньютоновская динамика, или «MOND», предназначенную для устранения потребности в темной материи в типичных галактиках. Результаты показали, что обе теории гравитации требовали примерно одинакового необычного количества темной материи в центре Mrk 1216, эффективно устраняя необходимость объяснения MOND.