Вторая галактика без темной материи

Наблюдая за группой эллиптической галактики NGC 1052, проживающей на расстоянии 65 миллионов световых лет от Земли в направлении созвездии Кита, астрономы обнаружили вторую на сегодня галактику, содержащую малое количество темной материи или вовсе лишенную этой таинственной субстанции. Результаты наблюдений и выводы ученых приняты к публикации в журнале The Astrophysical Journal Letters.

«Находка показывает, что обнаруженная в 2018 году галактика NGC1052-DF2, лишенная темной материи, не является исключением, и существует целый класс таких объектов. Однако происхождение этих больших, тусклых галактик с избытком ярких шаровых звездных скоплений и явным отсутствием темной материи в настоящее время неясно», – пишут авторы исследования. Избражение области вокруг галактики NGC 1052. Снимки двух галактик, лишенных темной материи, показаны во вставках. Credit: van Dokkum et al.

Общепринятая теория формирования галактик говорит о том, что для их образования необходимо присутствие значительного количества темной материи, а точнее гало из нее, и неожиданное открытие NGC1052-DF2, состоящей только из барионного вещества, естественно вызвало огромное количество дебатов и обсуждений в последующих публикациях. Первоначальные результаты были тщательно проверены, подвергнуты критике, но в итоге веских аргументов «против» так и не нашлось.

В Вычисляя массу

Галактики чем-то напоминают айсберги: часть, которую мы можем наблюдать, очень мала по сравнению с той, что скрыта от нас. Поэтому оценка массы, позволяющая выявить их важные свойства, сводится к двум этапам. Сначала астрономы суммируют весь свет, видимый в галактике, и преобразуют его в эквивалентную ему звездную массу. Хотя в этом подходе есть много оговорок, поскольку он сильно зависит от типа звезд, отвечающих за основную светимость галактики, он все же дает необходимую точность вычислений.

Однако звездная масса – это лишь верхушка галактического айсберга, и чтобы измерить общую массу галактики (включая материю, не излучающую свет) ученые переходят ко второму этапу, в рамках которого проводят измерения скорости движения объектов внутри и вокруг нее под влиянием гравитации.

Для спиральных галактик, похожих на Млечный Путь, в котором большинство объектов вращаются в одном и том же направлении, оценка общей массы сводится к простому измерению круговой скорости движения звезд вдали от центра и применению теоремы вириала. В эллиптических и карликовых галактиках все немного сложнее: звезды движутся в случайных направлениях. В таких случаях астрономы прибегают к получению дисперсии скоростей (статистический разброс величин скорости около среднего значения для группы объектов), что также позволяет вычислить общую массу. Поскольку эти подходы основываются на движении объектов, результирующая масса называется динамической.

Карликовая галактика NGC 1052-DF2, находящаяся на расстоянии 65 миллионов световых лет от Земли. Credit: ESA/Hubble

Оказывается, что динамическая масса галактики обычно в 5-10, а в некоторых случаях до нескольких сотен раз больше, чем «видимая» масса. Причиной этого значительного расхождения, по мнению астрономов, является наличие большого, совершенно невидимого компонента галактики под названием «гало темной материи». Текущее понимание образования галактик и крупномасштабных структур во Вселенной основывается на предположении, что все они формируются в ореолах темной материи.

Поэтому открытие галактики NGC1052-DF2, звездная и динамическая массы которой практически идентичны, стало полной неожиданностью и породило много споров. Однако метод, применяемый при вычислении динамической массы NGC1052-DF2 и основанный на движении ярких скоплений звезд, недавно прошел независимую проверку, результат которой показал полное соответствие первоначальной оценке и укрепил вывод, что NGC1052-DF2 лишена темной материи.

После подтверждения главной проблемой стало понять, является ли эта галактика просто статистической случайностью и как она могла появиться. Ответа на вторую часть вопроса по-прежнему нет, а вот на первую, кажется, найден.

Е Еще одна галактика без темной материи

Команда астрономов, открывшая NGC1052-DF2, используя те же инструменты и тот же подход, вычислила динамическую массу еще одной галактики, имеющей обозначение NGC1052-DF4, которая оказалась равной видимой массе.

Изображение галактики NGC1052-DF4, полученное космическим телескопом «Hubble». Шаровые звездные скопления, с помощью которых была определена динамическая масса галактики, показаны во вставках. Credit: van Dokkum et al.

Исследование, как и в первом случае, проводилось с использованием ярких шаровых звездных скоплений.

С открытием второй галактики без невидимой таинственной субстанции отпадает вопрос об исключительности NGC1052-DF2, однако появляется много других, главный из которых: где темная материя?

Теперь астрономам предстоит раскрыть тайну галактик NGC1052-DF2 и NGC1052-DF4 и выяснить, утратили ли они темную материю в ходе столкновений с другими мелкими галактиками или причиной ее отсутствия является гравитационное воздействие большей галактики.

И что самое главное, могли ли они образоваться вообще без участия темной материи.

Источник: InSpace/Роман Захаров