Przejdź do treści

Druga znana galaktyka bez ciemnej materii

DF2

Ponad rok temu naukowcy donosili o odkryciu galaktyki, która była niemal całkowicie pozbawiona ciemnej materii. Problem w tym, że materia ta - choć tajemnicza i wciąż nieuchwytna - stanowi według współczesnej fizyki aż 85 procent masy Wszechświata. A tego typu galaktyk wcześniej nie obserwowano.

Odkrycie było więc bardzo interesujące, ale sporo osób podeszło do niego sceptycznie. Był to jeden jedyny taki obiekt. Można było więc podejrzewać, że w badaniach doszło do jakiegoś błędu, a jego nietypowe własności są przez to zafałszowane. Obserwacje sprawdzono bardzo dokładnie, ale bez nowych rezultatów.

Jednak w tym roku nastąpił przełom. 27 marca w The Astrophysical Journal Letters ukazała się praca, której autorzy znów donoszą o odkryciu galaktyki NGC 1052-DF2 (w skrócie DF2). Znajduje się ona jakieś 60 milionów lat świetlnych stąd.. i jest niemal całkowicie pozbawiona zauważalnej ilości ciemnej materii. Co więcej, w kolejnej już publikacji na ten temat astronomowie informują o następnej takiej galaktyce - ciemnej i dyfuzyjnej DF4.

Te nowe prace pokazują, że DF2 nie tylko faktycznie niemal nie ma ciemnej materii, ale i nie jest jedynym takim przypadkiem. Stanowi ona raczej część większej i nieznanej dotychczas populacji galaktyk, które wydają się być “wolne” od ciemnej materii - niewidocznego składnika kosmosu. Fakt ten może mieć duże znaczenie dla dalszych jej badań, a także dla współczesnych i przyszłych teorii na temat powstawania i ewolucji galaktyk. To nowa, fascynująca klasa obiektów.

ciemna materia-symulacja

Na ilustracji: Astronomowie wnioskują o istnieniu ciemnej materii w dużej mierze w oparciu o obserwacjach krzywych rotacji galaktyk - nie są one takie, jak oczekuje się w przypadku obecności w nich jedynie materii obserwowanej w dziedzinie fal elektromagnetycznych. Innymi słowy, krzywe wskazują wyraźnie na obecność w tych galaktykach jakiejś ukrytej formy masy. W tej symulacji obraz galaktyki po stronie lewej przedstawia, jak wyglądałaby rotacja bez efektów ciemnej materii, podczas gdy obraz po prawej pokazuje obrót z ciemną materią.
Źródło: Ingo Berg/Wikimedia Commons

Galaktyka DF2 należy przy tym do stosunkowo nowej kasy galaktyk zwanych galaktykami ultra-rozproszonymi (UDG). Jest częścią większej grupy galaktyk, w której dominuje duża galaktyka eliptyczna - NGC 1052. Po jej dokładnym zbadaniu z użyciem instrumentu Advanced Camera for Surveys (Teleskop Hubble’a) i 10 metrowego Teleskopu Kecka okazało się, że jest to typowa UDG, która może rywalizować z Drogą Mleczną pod względem wielkości, ale zawiera około 200 razy mniej gwiazd.

Posiadając już najnowsze obrazy tej galaktyki astronom van Dokkum wraz ze swym zespołem zidentyfikował 10 gromad kulistych (dużych grup starych gwiazd) wewnątrz DF2 i odkrył, że poruszają się one trzy razy wolniej niż oczekiwano. Sugeruje to, że DF2 zawiera co najwyżej bardzo niewielką ilość ciemnej materii - w innym wypadku gromady musiałyby krążyć wokół jej środka znacznie szybciej. Przez ostatni rok naukowcy próbowali zwiększyć precyzję tych pomiarów z wykorzystaniem instrumentu Keck Cosmic Web Imager (KCWI). Pozwala on nie tylko zobaczyć całą galaktykę na raz, ale i dokładnie ocenić widmo z wysoką rozdzielczością, a to z kolei umożliwia precyzyjne wyznaczenie masy galaktyki. To na dziś dzień jedyne tego rodzaju urządzenie na świecie.

Posiadając jeszcze dokładniejsze pomiary prędkości gromad kulistych wewnątrz DF2, naukowcy ponownie obliczyli masę galaktyki. Tak jak poprzednio ich wyniki wskazywały na to, że ilość ciemnej materii w DF2 jest bliska zeru.

Jednocześnie zespół naukowy usilnie poszukiwał drugiego przykładu galaktyki stworzonej wyłącznie z "normalnej" materii. I dość szybko znalazł DF4. Oznacza to prawdopodobnie, że szanse na znalezienie większej liczby takich galaktyk są wyższe niż sądzono. DF2 i DF4 są bardzo podobne pod względem wielkości, jasności powierzchniowej, morfologii i odległości do naszej Galaktyki. To tym bardziej ciekawe, ale pochodzenie tych dużych, słabo widocznych galaktyk z widocznym brakiem ciemnej materii nie jest na dziś dzień wyjaśnione.

Dowodząc istnienia takich galaktyk zespół naukowy niespodziewanie dostarczył też mocnych dowodów na... istnienie ciemnej materii. Efekty jej obecności są wyraźnie widoczne w każdej innej znanej galaktyce z wyjątkiem DF2 i DF4, co może oznaczać, że także ciemna materia musi być rzeczywistą, materialną substancją. A inne, alternatywne teorie - takie jak Zmodyfikowana dynamika newtonowska - można na razie ostrożnie wykluczyć.

 

Czytaj więcej:


Źródło: Nature, Sky&Telescope

Na zdjęciu: NGC1052-DF2 to wielka, ale bardzo rozmyta galaktyka leżąca około 60 milionów lat świetlnych stąd. Zdjęcie zostało wykonane przez zaawansowaną kamerę zainstalowaną na Kosmicznym Teleskopie Hubble'a.
Źródło: NASA/ESA/P. van Dokkum (Yale University)