Przejdź do treści

Jak galaktyki żyją bez ciemnej materii

Na zdjęciu: Rozkład ciemnej materii w zasymulowanej grupie galaktyk, z jaśniejszymi obszarami wskazującymi na jej większe skupiska. Kółka przedstawiają zbliżenia świateł gwiazd związanych z dwiema galaktykami pozbawionymi ciemnej materii. Gdyby galaktyki te zawierały także ciemną materię, jawiłyby się tu jako jasne regiony na zdjęciu. Źródło: Moreno et al. (2022)

W nowej publikacji w „Nature Astronomy” międzynarodowy zespół kierowany przez astrofizyków z Uniwersytetu Kalifornijskiego i Pomona College opisuje, w jaki sposób małe galaktyki zderzające się z większymi mogą tracić swoje zasoby ciemnej materii – tej, której nie możemy bezpośrednio zobaczyć, ale która zgodnie z naszą wiedzą musi istnieć, ponieważ bez uwzględnienia jej grawitacyjnych oddziaływań nie da się wyjaśnić obserwowanych ruchów gwiazd w Galaktyce.

Nowo odkryty mechanizm może pomóc w wytłumaczeniu, w jaki sposób galaktyki mogą istnieć bez ciemnej materii – co dawniej uważano za niemożliwe. Wszystko zaczęło się jeszcze w 2018 roku, gdy astrofizycy Shany Danieli i Pieter van Dokkum z Princeton i Yale zaobserwowali dwie galaktyki, które wydawały się egzystować bez większych ilości ciemnej materii. Jak sami przyznają, spodziewano się raczej, że będą mieć jej znacznie ilości, zatem odkrycie było dosyć zaskakujące i szczerze. To szczęśliwe znalezisko spowodowało jednak spore zamieszanie w astronomii galaktyk, a zwłaszcza w tzw. paradygmacie, zgodnie z którym muszą one zawierać ciemną materię, podważając to, co astrofizycy już wcześniej zaczęli postrzegać jako standardowy model ewolucji galaktyk.

W ciągu minionych 40 lat ustalono, że galaktyki po prostu mają ciemną materię. W szczególności dotyczyło to galaktyk o małych masie, które również ją zawierają. Galaktyki małomasywne miały przy tym zwykle znacznie wyższą zawartość ciemnej materii, co czyni odkrycie Danieli i von Dokkuma tym bardziej zaskakującym. Dla wielu astrofizyków oznaczało to jedno: nasze obecne zrozumienie sposobu, w jaki ciemna materia pomaga galaktykom rosnąć, wymaga pilnej weryfikacji.

Z czasem jednak inny zespół opracował modele komputerowe symulujące ewolucję wycinków Wszechświata – przy czym jeden z nich miał średnicę około 60 milionów lat świetlnych – rozpoczynającą się wkrótce po Wielkim Wybuchu i trwającą aż do chwili obecnej. Jej wynikiem było między innymi siedem galaktyk pozbawionych ciemnej materii. Po kilku zderzeniach z sąsiednimi galaktykami, 1000 razy bardziej masywnymi od nich, galaktyki te zostały pozbawione znacznej większości swojej ciemnej materii. Pozostały w nich głównie gwiazdy.

Profesor Robert Feldmann, który zaprojektował symulację, uważa, że ta teoretyczna praca mówi nam bardzo wiele. Pokazuje, że galaktyki ubogie w ciemną materię powinny być bardzo powszechne, szczególnie w pobliżu bardziej masywnych galaktyk. Kolejny członek zespołu naukowego, James Bullock (światowej sławy ekspert w dziedzinie galaktyk o niskiej masie) wyjaśnia, że nie zbudowano modelu tylko po to, by móc wykreować w jego ramach galaktyki bez ciemnej materii. Model nie został też w żaden sposób zaprojektowany tak, aby tworzyły się w nim zderzenia, które ostatecznie wykryto. Nie zakładaliśmy w nim z góry interakcji – dodaje astrofizyk.

Uzyskane z pomocą symulacji komputerowych potwierdzenie, że istnienie galaktyk bez ciemnej materii można wyjaśnić, jest też ogromną ulgą dla badaczy takich jak Bullock, którego kariera i dotychczasowe odkrycia opierają się właśnie na założeniach na temat ciemnej materii: jest ona tym, co sprawia, że galaktyki zachowują się w obserwowany przez nas sposób. Nowe obserwacje, zgodnie z którymi istnieją też galaktyki pozbawione ciemnej materii, mogły niepokoić. Ostatecznie mamy skuteczny i wypracowany przez dziesięciolecia ciężkiej pracy model, w którym większość materii w kosmosie to właśnie ta ciemna.

Ale, jak dodaje pierwszy autor nowej publikacji, Jorge Moreno, nie trzeba od razu odrzucać standardowego modelu ciemnej materii. Teraz, gdy astrofizycy wiedzą już, w jaki sposób galaktyki mogą ją tracić, te wyniki badań zainspirują być może innych badaczy obserwujących niebo do poszukiwania prawdziwie masywnych galaktyk, mogących być w trakcie procesu usuwania ciemnej materii z mniejszych towarzyszy. To będzie prawdziwy test i weryfikacja otrzymanych teraz wyników.

Omawiane badania mają również ciekawy aspekt kulturowy. Jorge Moreno jako potomek rdzennych ludów Ameryki Północnej otrzymał od przywódców plemienia Czirokezów zgodę na nazwanie siedmiu galaktyk pozbawionych ciemnej materii (znalezionych w symulacjach jego zespołu) na cześć siedmiu klanów Cherokee: Ptaków, Błękitnego ostrokrzewu, Jeleni, Długowłosych, Farby, Dzikich Ziemniaków i Wilków.

Czuję osobisty związek z tymi galaktykami – powiedział. Tak, jak masywniejsze galaktyki pozbawiły ciemnej materii mniejsze galaktyki, wielu ludzi o rdzennym pochodzeniu zostało pozbawionych naszej kultury. Jednak podstawa, rdzeń naszego istnienia pozostał, a my wciąż się rozwijamy.

 

Czytaj więcej:


Źródło: Phys.org

Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
 

Na zdjęciu: Rozkład ciemnej materii w zasymulowanej grupie galaktyk, z jaśniejszymi obszarami wskazującymi na jej większe skupiska. Kółka przedstawiają zbliżenia na łączne światło gwiazd związanych z dwiema galaktykami pozbawionymi ciemnej materii. Gdyby galaktyki te zawierały także ciemną materię, jawiłyby się tu jako jasne regiony na zdjęciu tła. Źródło: Moreno et al. (2022)

Reklama