Astronomowie powiązali ze sobą własności dwóch nietypowych galaktyki, odkrywając coś, co może być niczym sznur galaktycznych pereł powstały w wyniku kosmicznej kolizji sprzed 8 miliardów lat.
Już w 2018 i 2019 roku zespół kierowany przez Pietera van Dokkuma z Uniwersytetu w Yale informował o odkryciu dwóch galaktyk karłowatych (nazwanych DF2 i DF4), które okazały się pozbawione ciemnej materii. Doniesienie zdziwiło astronomów, ponieważ uważa się, że to właśnie ciemna materia zapewnia grawitacyjny napęd, którego zwykła materia potrzebuje do formowania się w galaktyki. Galaktyki pozbawione ciemnej materii nie wydają się jednak postępować zgodnie z tym powszechnie przyjętym schematem.
Wkrótce rozpoczęły się burzliwe dyskusje. Niektórzy sugerowali, że być może odległości do galaktyk zostały źle zmierzone, wpływając na wyniki ich innych pomiarów. Jednak było coś więcej niż same kontrowersje. Na krótki czas pominięto ważny fakt: to, jak bardzo DF2 i DF4 są do siebie podobne. Mają one zbliżone rozmiary, jasności, budowy, morfologie i dyspersje prędkości, a ponadto obie zawierają osobliwą populację bardzo jasnych gromad kulistych. Co istotne, zakładając, że odległości do nich są jednak wyznaczone prawidłowo, wydają się znajdować również w tej samej kosmicznej okolicy: w obszarze wokół jasnej galaktyki eliptycznej NGC 1052.
W Nature z 19 maja tego roku zespół van Dokkuma stawia zatem pytanie o prawdziwą naturę DF2 i DF4. Czy mogą być one kosmicznymi bliźniakami? Van Dokkum zaczął od założenia, że bardzo mało prawdopodobna jest sytuacja, w której te galaktyki nie mają ze sobą nic wspólnego. Obie są dość unikalne we Wszechświecie – poza samymi sobą.
Już na początku badań naukowcy zauważyli, że obie oddalają się od siebie z dużą prędkością. Wykorzystując ich obecne pozycje i prędkości oraz szacowany wiek DF2, zespół prześledził położenie galaktyk w czasie aż do momentu, gdy mogły one wspólnie powstać. Następnie, biorąc pod uwagę osobliwe własności galaktyk, skonstruował scenariusz ich powstawania, oparty na wcześniejszych symulacjach komputerowych. W tym scenariuszu pewna galaktyka satelitarna dużej galaktyki NGC 1052 zderzyła się z inną galaktyką swobodną (niezwiązaną w grupie) około 8 miliardów lat temu. Gwiazdy i ciemna materia zaangażowane w to zderzenie prześlizgnęły się obok siebie, oddziałując ze sobą grawitacyjnie w bardzo niewielkim stopniu.Jednak samo zderzenie spowodowało kompresję i spowolnienie przepływu gazu w biorącym w nich udział galaktykach.
Gaz miałby wówczas zostać rozwleczony do postaci dużej ilości pojedynczych skupisk, które następnie, pod wpływem własnej grawitacji, zapadały się i z czasem utworzyły nowe galaktyki, pozbawione już ciemnej materii, ponieważ ciemna materia po drodze się zgubiła. Zgodnie z tą historią powstania w pobliżu mogą być jednak widoczne i inne galaktyki pozbawione ciemnej materii, tworząc jasny sznur rozciągnięty gdzieś pomiędzy DF2 i DF4 na podobieństwo sznura pereł. A co ze zdominowanymi wciąż przez ciemną materię pozostałościami po dwóch pierwotnych, zderzających się galaktykach? Powinny one leżeć na końcach tego sznura...
Zespół przeszukał zatem katalog galaktyk wokół NGC 1052 i znalazł 11 ustawionych zgodnie ze swoimi przewidywaniami. Na dalekich krańcach, poza sąsiedztwem DF2 i DF4, znajdują się dwie osobliwe galaktyki: RCP 32 i DF7. Mogą to być brakujące relikty pierwotnej kolizji.
Choć sam van Dokkum przyznaje, że tożsamość przodków RCP 32 i DF7 jest w dużej mierze kwestią domysłów, uważa, że być może faktycznie zaobserwowano poszukiwany "łańcuch pereł". Co pokazuje, że mogące do niego należeć galaktyki (pomijając tu kilku potencjalnych intruzów) są ze sobą co najmniej w jakiś sposób spokrewnione i mogą mieć wspólne pochodzenie.
– Nowe wyniki dają bardzo ciekawy i zgrabny scenariusz wyjaśniający niską lub nawet zerową zawartość ciemnej materii w DF2 i DF4 – komentuje wyniki Pavel Mancera Piña (ASTRON i Uniwersytet w Groningen, Holandia), specjalista nie biorący bezpośrednio udziału w omawianych badaniach. Piña odkrył kolejnych sześciu kandydatów na galaktyki ubogie w ciemną materię, aczkolwiek o właściwościach innych niż DF2 i DF4. – Myślę, że będziemy mogli powiedzieć coś z większą pewnością po oszacowaniu odległości, prędkości radialnych i masy dla większej liczby galaktyk znajdujących się w pobliżu DF2 i DF4.
Michelle Collins (University of Surrey, UK) jest także ostrożna. – Dla mnie wygląda to na dobry pomysł, ale z kilkoma istotnymi problemami – mówi. – Jednym z nich jest to, że zespół zakłada, że te 11 układów znajdujących się w jednej linii to obiekty faktycznie związane z NGC 1052.
Ich położenie na niebie wskazuje na to, że hipotetyczny sznur 11 galaktyk karłowatych znajdowałby się w pobliżu trzech innych dużych galaktyk. Na przykład spiralna NGC 1035 leży bezpośrednio na nim, ale jest znacznie bliżej nas niż NGC 1052. Biorąc pod uwagę, że według innego zespołu naukowców NGC 1035 pociąga za sobą DF4, Collins chciałaby zobaczyć dodatkową analizę uwzględniającą potencjalny wpływ grawitacyjny wywierany przez inne, duże galaktyki.
Collins, Mancera Piña i van Dokkum zgadzają się natomiast co do tego, że scenariusz kolizji zaproponowany w celu wyjaśnienia procesu formowania się DF2 i DF4 jest łatwy do przetestowania. Zespół van Dokkuma zamierza teraz skierować potężne teleskopy na badane 11 galaktyk, aby rozstrzygnąć tę kwestię raz na zawsze. Instrumenty takie jak Bardzo Duży Teleskop (VLT) w Chile i Teleskop Kecka na Mauna Kea na Hawajach zmierzą prędkości ich radialne, podczas gdy Teleskop Hubble’a ma wykonać dokładne fotografie każdej z 11 galaktyk, aby sprawdzić, czy w nich wszystkich znajdują się, tak jak w DF2 i DF4, bardzo jasne gromady kuliste. Van Dokkum wystąpił również o dodatkowy czas pracy tego zasłużonego teleskopu, by precyzyjnie zmierzyć odległości między galaktykami. Ma również nadzieję na uzyskanie czasu obserwacyjnego na Kosmicznym Teleskopie Jamesa Webba, aby dokonać pomiaru mas galaktyk RCP 32 i DF7, leżących na dalekich krańcach galaktycznego sznura pereł:
– To swego rodzaju Święty Graal [astronomii], ponieważ wtedy moglibyśmy dowiedzieć się, gdzie właściwie w całym tym układzie znajduje się ciemna materia – podsumowuje astronom.
Schemat wyjaśniający, jak DF2, DF4 i inne potencjalnie ubogie w ciemną materię galaktyki powstały w pojedynczym zdarzeniu około 8 miliardów lat temu. Zapadająca się, bogata w gaz galaktyka na swobodnej orbicie (progenitor 1) zderza się z galaktyką satelitarną NGC 1052 (progenitor 2), pozostawiając dwie ciemne pozostałości (prawdopodobnie RCP 32 i DF7), galaktyki DF2 i DF4, oraz trzy do siedmiu innych galaktyk pozbawionych ciemnej materii. Źródło: P. van Dokkum / Yale University.
Schemat przeglądowy regionu NGC 1052, wyróżniający 11 galaktyk tworzących sznur galaktycznych pereł, które mogły powstać w wyniku pojedynczej kolizji sprzed miliardów lat. Zaznaczona jest tu również DF9: galaktyka, która wydaje się także należeć do sznura, ale nie była częścią badanej próbki. Źródło: P. van Dokkum / Yale University.
Czytaj więcej:
Źródło: Skyandtelescope.org
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na ilustracji: Hubble poświęcił łącznie 40 swoich 90-minutowych orbit na wykonanie głębokiego obrazu NGC 1052-DF2, pierwszej z odkrytych galaktyk pozbawionych ciemnej materii. Źródło: Pieter van Dokkum et al. / Nature 2022 Źródło: NASA / ESA / Hubble.
