Вчені знайшли вже другу галактику без темної матерії

Астрономи підтвердили майже повну відсутність темної матерії в галактиці NGC 1052-DF2 і знайшли поруч з нею схожу - NGC 1052-DF4. Дані зі швидкостей зірок у цих об'єктах повністю узгоджуються з розподілом видимої речовини і несумісні з наявністю темної матерії. Таким чином, вчені переконалися в існуванні нового класу незвичайних галактик, властивості яких поки не знаходять пояснення, а також неочевидним чином підтвердили існування темної матерії. Результати викладені в окремих статтях в The Astrophysical Journal Letters, інформує Ukr.Media.

Темною матерією в астрофізиці найчастіше називається гіпотетична форма речовини, яку вводять для вирішення декількох невідповідностей між спостереженнями і теорією. Історично першою вказівкою на існування темної матерії були дані про швидкості рухів галактик скупчення - виявилося, що вони переміщуються набагато швидше, ніж можна було б очікувати на основі маси видимої речовини. Якщо ж допустити, що крім зірок, пов'язаного з ними газу та інших відомих форм речовини, в скупченнях також знаходиться значна кількість невідомої матерії, то її гравітаційного впливу може виявитися достатньо для відповідності спостереженнями.

Інший феномен, який традиційно пов'язують з темною матерією, - це криві обертання галактик, тобто залежність швидкості обігу зірок від відстані до центру системи. Якщо оцінювати масу тільки по видимій речовині, то швидкості зірок у міру видалення від центру галактики повинні швидко зростати до максимуму, а потім повільно знижуватися до дуже малих величин. Натомість в більшості випадків спостерігається інша картина: після досягнення максимуму швидкість не зменшується або змінюється досить слабо. Цю обставину можна пояснити наявністю великої гало темної матерії навколо галактики, яка простягається у декілька разів далі видимого диска, а за масою у декілька разів перевершує всю видиму речовину.

У наглядовій астрономії також часто визначають дисперсію швидкостей, тобто їх розкид щодо середнього значення. Цю величину виміряти досить просто, оскільки у багатьох зірок є однакові лінії випромінювання, які в спостереженнях будуть розширені через ефект Доплера пропорційно швидкостей світил на промені зору. Дисперсія швидкостей дозволяє оцінити масу об'єктів, адже зірки в галактиках представляють гравітаційно пов'язану систему і зобов'язані підкорятися теоремі віріала, яка накладає обмеження на середню кінетичну і потенціальну енергію частинок: кінетична енергія пов'язана з дисперсією, що дозволяє обчислити масу на основі створюваного їй гравітаційного потенціалу.

У 2018 році астрономи за допомогою космічного телескопа «Габбл» і наземної обсерваторії Кека знайшли незвичайну відразу за кількома параметрами галактику NGC 1052-DF2. По-перше, вона відноситься до досить рідкісного типу ультрадифузних галактик, які за розміром порівняні з Чумацьким Шляхом, але містять приблизно в 100 або 1000 разів менше зірок, що робить їх поверхневу яскравість виключно низькою. По-друге, у цієї галактики виявився незвичайним розподіл об'єктів, схожий на кульові зоряні скупчення. Такі щільні і яскраві групи тисяч зірок добре відомі як в Чумацькому Шляху, так і у наших найближчих сусідів. По-третє, вимірявши швидкості руху 10 таких об'єктів, вчені оцінили за ним дисперсію швидкостей, яка виявилася виключно малою - близько 8 кілометрів в секунду з помилками близько 50 відсотків при очікуваній дисперсії в присутності гало темної матерії близько 30 кілометрів на секунду.

У новій роботі вчені описують результати додаткових спостережень, які дозволили зробити більш надійні оцінки дисперсії швидкостей на основі рухів зірок. В результаті астрономи отримали значення 8,5 кілометра в секунду з помітно меншими помилками (близько 30 відсотків). З цих даних випливає, що повна маса галактики приблизно дорівнює масі речовини, яка світиться, що виключає необхідність введення темної матерії в даному випадку. Також вчені виявили поруч схожу галактику NGC 1052-DF4, у якій також виявилася екстремально низька дисперсія швидкостей зірок - близько 4,2 кілометра в секунду, але помилки в даному випадку становлять близько 80 відсотків.

На думку авторів, отримані дані високої якості є переконливим доказом існування не просто однієї виключної галактики без темної матерії, але і нового класу подібних об'єктів. Також вони нагадують, що ці результати жодною мірою не спростовують гіпотезу про темну матерію, а, навпаки, підтверджують її необхідність: якби описувані ефекти насправді породжувалися звичайною матерією, то подібної ситуації не могло б виникнути, а раз знайдений об'єкт без темної матерії, то це говорить саме про існування двох окремих видів субстанцій, які не пов'язані безпосередньо.