Galaksija bez (mnogo) tamne materije

Astronomi su pronašli osebujan objekt: pahuljastu galaksiju koja ima malo ili nimalo tamne materije.

Možete bez čaše bez šalice. Astronomi su dugo mislili da isto vrijedi i za galaksije i tamnu tvar: tamna tvar formira čašu, a galaksija koalira s plinom koji se ulije u tu čašu, a tamo ga gravitira gravitacija.

Ova Hubble svemirska teleskopska slika NGC 1052-DF2 pokazuje da je galaksija difuzna, vidi kroz prirodu ima tako malo zvijezda i toliko je rijetka, pozadinske galaksije su vidljive kroz nju.
P. van Dokkum / R. Abraham / STScI

Pahuljasta galaksija NGC 1052-DF2 nema smisla na ovoj slici: to je kava bez šalice. Pomoću impresivne zbirke opažanja sa zemljom i u svemiru, Pieter van Dokkum (Yale) i njegovi kolege otkrili su da ta difuzna galaksija ima najviše 1 400 koliko tamne materije pretpostavlja, na temelju drugih sustava slične mase. Zapravo je najbolje objašnjenje možda taj što uopće nema tamnu materiju.

Poseban objekt je zbirka galaksija kojima dominira plišani eliptični NGC 1052, koji je udaljen oko 65 milijuna svjetlosnih godina na granici zviježđa Cetus i Eridanus. Astronomi su već znali da postoji DF2, jer se pokazao kao zbirka točaka na anketnim slikama. Ali kad je tim uperio Dragonfly Telephoto Array u nju, umjesto toga vidjeli su veliku mrlju.

Zaintrigirani, pogledali su to s još nekoliko instrumenata. Otkrili su da je galaksija toliko rijetka da je vidljiva, a njezine točkice izgledaju poput kuglastih nakupina, iako neobično svijetle, nalik na Mliječni put iz Omega Centauri klastera. Oni su također oko dva puta veći i zgnječeni kao globusi slične svjetline u našoj galaksiji.

Ove drevne kuglice zvijezda petljaju se oko svojih matičnih galaksija brzinom utvrđenom ukupnom masom galaksije. Izmjerite brzine kuglice i mjerite masu zatvorenu unutar njihovih orbita koja obično predstavlja dokaze za cijeli niz nevidljivih materija.

Ne ovaj put. Deset kuglastih grozdova kojima je tim upravljao svi se kreću najviše trećinu toliko brzo koliko se očekuje za galaksije ove mase (oko 200 milijuna Sunca, ili otprilike desetinu malog oblaka). Njihovi pokreti impliciraju da je zatvorena masa približno jednaka masi koja je vidljiva kao zvijezde.

Drugim riječima, u biti nema tamne materije.

Roberto Abraham (lijevo), Pieter van Dokkum (desno) i nekoliko diplomiranih studenata sa Sveučilišta u Torontu i Yaleu poziraju s polovicom 48-objektivnih Zmajeva u Novom Meksiku. Studenti su koautori na papiru koji izvještavaju kako se čini da galaksija NGC 1052-DF2 ne sadrži tamnu tvar. Ovdje nije prikazano pet dodatnih koautora, uključujući još jednog učenika.
Sveučilište u Torontu

NGC 1052-DF2 nije prva osjetljiva galaksija koja se pojavila. Astronomi su vidjeli tisuće takozvanih ultra-difuznih galaksija (UDG) još od Van Dokkuma, Roberta Abrahama (Sveučilište u Torontu) i njihov tim prvi put ih je otkrio Dragonfly nizom 2014. No, nitko od drugih ne pokazuje tu mračnost stvar.

Kako je došlo do takvog oblika? Tim daje nekoliko prijedloga u prirodi 29. ožujka, ali ništa se ne uklapa savršeno. Na primjer, NGC 1052-DF2 mogao je nastati iz plina izvučenog iz obližnje eliptične, što pokazuje znakove nedavnog spajanja. No karakteristike UDG-a ne odgovaraju onome što bi astronomi očekivali od te situacije.

Druga mogućnost je da je eliptičan DF2 lišio svoje tamne materije. Simulacije Alyson Brooks (Rutgers) i drugih ukazuju na to da kada patuljci prođu kroz periferiju velike galaksije gube tamnu materiju. "Možete izgubiti oko 90% mase tamne materije prije nego što se zvijezde uklone iz galaksije", kaže ona. To bi uklanjanje zvijezda vjerojatno moglo uzrokovati da se zvijezde „naduvaju“, dodaje ona, možda stvarajući objekt poput difuzne, tamne materije-manje NGC 1052-DF2. No željela bi znati više o putanji DF2 prije nego što argumentira slučaj.

Van Dokkum i njegov tim ne vide znakove uznemirenosti oko galaksije, za koje smatraju da ne pristaju na nevaljano rješenje. Moguće je da su neke karakteristike plime izblijedjele iznad prepoznatljivosti, ali nije jasno je li za to bilo dovoljno vremena, kaže Van Dokkum.

Da kava može postojati i bez šalice, ukazuje na to da su šalica i kava stvarne, zasebne cjeline, zaključuje tim. Da je prisutnost tamne materije samo privid, nastao zato što koristimo pogrešnu teoriju gravitacije, uvijek bismo u galaksijama vidjeli znakove toga. Ali ako tamna tvar ponekad može biti tamo, a ponekad i odsutna, onda tamna tvar postoji.

Stacy McGaugh (Case Western Reserve University) nije tako sigurna. Proveo je nekoliko godina proučavajući snage i slabosti modificirane newtonske dinamike (MOND), teoriju gravitacije koja djeluje bez tamne materije sugerirajući da gravitacija djeluje drugačije kada su uključena mala ubrzanja. Slaže se da bi se globale NGC 1052-DF2 trebale kretati brže u MOND-u nego što čine oni. Ali također ističe da je galaksija čudna bez obzira prihvaćate li postojanje tamne materije ili ne.

"Dakle, da, smatram da je to problematično za MOND", kaže on. "Ali ne razumijem to bolje u pogledu tamne materije." I tamna tvar i MOND imaju promatračke bodove u svoju korist, objašnjava on, ali on je zgrožen zbog podizanja ili spuštanja djelića tamne materije u bilo kojoj galaksiji samo na ima smisla kretanje zvijezda - to je zaključak, a ne predviđanje koje se može dokazati ili opovrgnuti, kaže on.

Dragonfly tim nastavlja tražiti više galaksija poput NGC 1052-DF2. Od 23 druge difuzne galaksije koje astronomi analiziraju, tri su potencijalno slične. Sa više od jedne galaksije u ruci, astronomi bi mogli reći više o tome kako se te galaksije formiraju i što znače za tamnu materiju.

Referenca:

Pieter van Dokkum i sur. "Galaksija kojoj nedostaje tamna stvar." Priroda . 29. ožujka 2018.

Pieter van Dokkum i sur. "Enigmatična populacija svjetlosnih globularnih klastera u galaksiji kojoj nedostaje tamna materija." Objavljeno na arXiv.org, 28. ožujka 2018.