Przejdź do treści

Galaktyka bez ciemnej materii?

Astronomowie wykorzystujący dane z Obserwatoriów Gemini oraz Kecka natknęli się na galaktykę, która wydaje się prawie nie mieć ciemnej materii. Ponieważ Wszechświat jest zdominowany przez ciemną materię, która jest podstawą budowy galaktyk, „... to jest zmiana zasad gry” – mówi główny badacz Pieter van Dokkum z Yale University.

Galaktyki i ciemna materia idą w parze, zazwyczaj nie znajdziemy jednego bez obecności drugiego. Kiedy więc naukowcy odkryli galaktykę (NGC1052-DF2), która jest prawie całkowicie pozbawiona tego budulca, byli zszokowani.

„Znalezienie galaktyki bez ciemnej materii jest niespodziewane, ponieważ ta niewidzialna, tajemnicza substancja jest najbardziej dominującym aspektem każdej galaktyki. Przez dziesięciolecia myśleliśmy, że galaktyki rozpoczynają swoje życie jako bąble ciemnej materii. Potem dzieje się cała reszta: gaz opada na halo ciemnej materii, gaz zmienia się w gwiazdy, które powoli się budują, później kończąc jako galaktyka, taka jak na przykład Droga Mleczna. NGC1052-DF2 rzuca wyzwanie standardowym wyobrażeniom o tym, co myśleliśmy na temat sposobu formowania się galaktyk” – mówi Pieter van Dokkum. 

Biorąc pod uwagę jej duże rozmiary oraz słaby wygląd, astronomowie klasyfikują NGC1052-DF2 jako bardzo rozproszoną galaktykę, stosunkowo nowy typ, który po raz pierwszy odkryto w 2015 r. Bardzo rozproszone galaktyki są zaskakująco powszechne. Jednak żadna inna galaktyka tego typu, którą dotąd odkryto, nie była tak uboga w ciemną materię.

Aby spojrzeć jeszcze głębiej na tę unikalną galaktykę, astronomowie wykorzystali spektrograf Gemini Multi Object Spectrograph (GMOS), by uchwycić szczegółowe obrazy NGC1052-DF2, ocenić jej strukturę i potwierdzić, że nie ma ona oznak interakcji z innymi galaktykami.

Bez obrazów z Gemini analizujących morfologię galaktyki, brakowałoby astronomom kontekstu dla pozostałych danych. Także potwierdzenie przez Gemini, że galaktyka nie wchodzi w interakcje z innymi, pomoże im odpowiedzieć na pytania dotyczące warunków, jakie towarzyszyły jej narodzinom.

Van Dokkum i jego zespół po raz pierwszy zaobserwowali NGC1052-DF2 za pomocą Dragonfly Telephoto Array, teleskopu znajdującego się w Nowym Meksyku, który skonstruowali, by znaleźć te upiorne galaktyki. Wygląd NGC1052-DF2 na zdjęciach uzyskanych z Dragonfly Telephoto Array wyraźnie różnił się od tego na zdjęciach z Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Obrazy z Dragonfly przedstawiają blady obiekt podobny do kropelki, podczas gdy dane z SDSS pokazują zbiór stosunkowo jasnych punktowych źródeł.

W celu dalszej oceny tej niespójności, oprócz danych z Gemini, zespół przeanalizował światło z kilku jasnych źródeł w NGC1052-DF2, wykorzystując spektrograf teleskopu Keck Deep Imaging Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) oraz spektrografu Low-Resolution Imaging Spectrometer (LRIS), identyfikując 10 gromad kulistych. Gromady te są dużymi, zwartymi grupami gwiazd, które krążą wokół jądra galaktycznego.

Dane spektralne uzyskane z teleskopów Kecka ujawniły, że gromady kuliste poruszały się znacznie wolniej, niż się tego spodziewano. Im wolniej poruszają się obiekty w układzie, tym mniejsza jest jego masa. Obliczenia zespołu pokazują, że cała masa w galaktyce może być przypisana masie gwiazd, co oznacza, że NGC1052-DF2 prawie nie ma ciemnej materii.

Wyniki zespołu wskazują, że ciemną materię można oddzielić od galaktyk. „Odkrycie to pokazuje, że ciemna materia jest realna – istnieje odrębnie, niezależne od innych składników galaktyk” – powiedział van Dokkum.

Gromady kuliste w NGC1052-DF2 oraz jej nietypowa struktura wprawiły astronomów w zakłopotanie, kiedy przyszło określić warunki, w jakich powstała galaktyka.

Jednak naukowcy mają pewne pomysły. NGC1052-DF2 znajduje się w odległości 65 milionów lat świetlnych stąd w gromadzie galaktyk zdominowanej przez olbrzymią galaktykę eliptyczną NGC 1052. Formowanie się galaktyk jest burzliwe i gwałtowne, a van Dokkum sugeruje, że wzrost raczkującej masywnej galaktyki miliardy lat temu być może odegrał rolę w deficycie ciemnej materii w NGC1052-DF2.

Inny pomysł jest taki, że kataklizmiczne wydarzenie w dziwacznej galaktyce, takie jak narodziny niezliczonych masywnych gwiazd, wyrzuciło cały gaz i materię, powstrzymując formowanie się gwiazd.

Możliwości te są jednak spekulacyjne i nie wyjaśniają wszystkich cech obserwowanej galaktyki.

Zespół kontynuuje polowanie na więcej galaktyk z niedoborem ciemnej materii, analizując uzyskane przez Hubble’a obrazy 23 innych rozproszonych galaktyk. Trzy z nich wydają się mieć cechy zbieżne z NGC1052-DF2, które van Dokkum planuje śledzić przez kolejne miesiące w Obserwatorium Kecka.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Dark Matter is a No Show in Ghostly Galaxy

Źródło: Obserwatorium Gemini

Na zdjęciu: Kolorowy obraz NGC1052-DF2 uzyskany z użyciem dwóch filtrów: g oraz i. Źródło: Gemini Observatory/NSF/AURA/Keck/Jen Miller