Astronomowie odkrywają dziwną galaktykę bez ciemnej materii

Trzy lata temu Filippo Fraternali i jego koledzy odkryli pół tuzina tajemniczo rozproszonych galaktyk, które wyglądały jak rozległe miasta gwiazd i gazu. Ale w przeciwieństwie do prawie wszystkich innych galaktyk – w tym naszej Drogi Mlecznej – nie wydaje się być uwięziona w ogromnych skupiskach ciemnej materii, które normalnie łączą te gwiezdne stolice z ich grawitacją. Naukowcy wybrali jedną do zbliżenia, skromnych rozmiarów galaktykę odległą o około 250 000 lat świetlnych, i skierowali na nią 27 anten radioteleskopów z Very Large Array w Nowym Meksyku.

Po zebraniu 40 godzin danych zmapowali gwiazdy i gazy i potwierdzili to, o czym sugerowały wcześniejsze migawki: „Zawartość ciemnej materii, którą wnioskujemy w tej galaktyce, jest znacznie mniejsza, niż można by się spodziewać” – Fraternali, astronom z Kapteyn Astronomical Institute na Uniwersytecie w Groningen w Holandii. Jeśli zespół lub jego konkurenci znajdą inne takie galaktyki, może to stanowić wyzwanie dla naukowców. Ze względu na ciemny Temat, dominująca perspektywa w tej dziedzinie od co najmniej 20 lat. Fraternali i jego zespół opublikuj swoje wyniki w grudniu w Comiesięczne zawiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego.

W oparciu o dziesięciolecia obserwacji teleskopowych i symulacji komputerowych naukowcy zaczęli myśleć o ciemnej materii jako o ukrytym szkielecie wszechświata. Jego „połączenia” to ogromne skupiska niewidzialnych cząstek, w których znajdują się duże i małe galaktyki. Ale Fraternali nie jest pierwszym, który sugeruje wyjątek od tej reguły. Kilka lat temu Peter van Dokkum, astronom z Uniwersytetu Yale, i jego koledzy Odkryć Podobne galaktyki z Teleskop Hubble’a Wydaje się również, że brakuje mu ciemnej materii. „Galaktyki, które znaleźliśmy w 2018 roku, wywołały wiele kontrowersji, dyskusji i dalszych prac, ponieważ były nieoczekiwane i trudne do wyjaśnienia” – mówi van Dokkum.

Te inne galaktyki żyły w zatłoczonym środowisku, do którego często przylatują sąsiednie, większe galaktyki, prawdopodobnie przyciągając ze sobą ciemną materię. Natomiast Galaktyka Fraternali jest całkowicie odizolowana i nie ma kłopotliwych sąsiadów, więc niedoboru ciemnej materii nie da się wytłumaczyć w ten sposób. „Mogą być bardzo ważne” – mówi van Dokkum. Jak gwiazdy i gaz w tym miejscu gromadzą się bez pomocy ciemnej materii?

Te dziwne obiekty zaczęto nazywać „superrozprzestrzeniającymi się galaktykami”. Są to wartości bardzo ekstremalne: pod względem masy są bardzo małe, ale rozrzucone na ogromnych odległościach. Niektóre są wielkości Drogi Mlecznej, ale mają setkę lub mniej gwiazd. Są tak bliskie przeźroczystości, że na nocnym niebie trudno jest je obserwować. „Jest słabszy w środku, więc trudniej go wykryć. Dzięki lepszym teleskopom i głębszym obserwacjom staje się coraz bardziej popularny” – mówi Miria Montes, astronom z Space Telescope Science Institute w Baltimore i ekspert od takich galaktyk.

Począwszy od lat sześćdziesiątych, amerykańska astronom Vera Rubin i inni po raz pierwszy ujawnili możliwość istnienia niewidzialnej lub „ciemnej” materii, mierząc, jak szybko gwiazdy w galaktykach obracają się wokół centrum, pokazując, że gwiazdy wewnętrzne obracają się z różnymi prędkościami niż zewnętrzne. Na podstawie rotacji tych gwiazd naukowcy obliczyli, jaką masę musiałaby mieć galaktyka, aby utrzymać ją w ciągłym obrocie, zamiast zostać uderzonym w przestrzeń kosmiczną. W przypadku wielu galaktyk masa ta była kilkakrotnie większa niż masa wszystkich gwiazd razem wziętych. Naukowcy rozwiązali problem, dedukując istnienie pewnego rodzaju ciemnej materii, która nie emituje ani nie odbija światła, a która powinna stanowić resztę masy spajającej galaktykę.