Kiedy astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a odkryli dziwną galaktykę, która wyglądała, jakby nie posiadała zbyt wiele ciemnej materii, niektórzy uważali, że trudno w to uwierzyć i szukali prostszego wytłumaczenia.
Ciemna materia jest w końcu niewidzialnym klejem, który stanowi większość materii Wszechświata. Wszystkie galaktyki wydają się być zdominowane przez nią. W rzeczywistości uważa się, że galaktyki tworzą się wewnątrz ogromnych halo ciemnej materii.
Znalezienie galaktyki pozbawionej ciemnej materii jest niezwykłym żądaniem, które podważa konwencjonalną mądrość. Mogłoby to potencjalnie zachwiać teoriami powstawania i ewolucji galaktyk.
Aby wzmocnić swoje pierwotne odkrycie, po raz pierwszy zgłoszone w 2018 roku, zespół naukowców pod kierownictwem Pietera van Dokkuma z Uniwersytetu Yale w New Haven w stanie Connecticut, kontynuował swoje wstępne badania z bardziej solidnym spojrzeniem HST na galaktykę, nazwaną NGC 1052-DF2. Naukowcy nazywają ją w skrócie „DF2”.
Określenie ilości ciemnej materii w galaktyce zależy od dokładnych pomiarów jej odległości od Ziemi.
Jeżeli DF2 znajduje się tak daleko od Ziemi, jak twierdzi zespół van Dokkuma, zawartość ciemnej materii w galaktyce może wynosić zaledwie kilka procent. Wniosek zespołu opiera się na ruchach gwiazd w galaktyce, na których prędkość wpływa siła grawitacji. Naukowcy stwierdzili, że zaobserwowana liczba gwiazd stanowi całkowitą masę galaktyki, a na ciemną materię nie ma już zbyt wiele miejsca.
Jednakże, gdyby DF2 znajdowała się bliżej Ziemi, jak twierdzą niektórzy astronomowie, byłaby ona z natury słabsza i mniej masywna. Dlatego też galaktyka potrzebowałaby ciemnej materii, aby wyjaśnić obserwowane efekty masy całkowitej.
Lepszy miernik
Członek zespołu, Zili Shen z Yale University twierdzi, że nowe obserwacje Hubble’a pomogły im potwierdzić, że DF2 jest nie tylko dalej od Ziemi niż sugerują niektórzy astronomowie, ale również nieco bardziej odległa niż pierwotne szacunki zespołu.
Nowe oszacowanie odległości mówi, że DF2 znajduje się w odległości 72 mln lat świetlnych a nie 42 mln, jak podawały inne niezależne zespoły. To stawia galaktykę dalej niż oryginalne oszacowanie Hubble’a z 2018 roku, które mówiło o odległości 65 mln lat świetlnych.
Zespół badawczy oparł swoje nowe wyniki na długich ekspozycjach z Advanced Camera for Surveys Hubble’a, które zapewniają głębszy widok galaktyki, co pozwala na znalezienie wiarygodnego miernika odległości. Ich celem były starzejące się gwiazdy typu czerwone olbrzymy na obrzeżach galaktyki, które w trakcie swojej ewolucji osiągają ten sam szczyt jasności. Astronomowie mogą wykorzystać ich wewnętrzną jasność do obliczenia ogromnych odległości międzygalaktycznych. Badanie najjaśniejszych czerwonych olbrzymów jest dobrze znanym wskaźnikiem odległości do pobliskich galaktyk – wyjaśniła Shen.
Członkowie zespołu twierdzą, że dokładniejsze pomiary Hubble’a ugruntują początkowy wniosek badaczy o galaktyce ubogiej w ciemną materię. Zagadka, dlaczego w DF2 brakuje większości ciemnej materii, wciąż pozostaje nierozwiązana.
Ukryta galaktyka
DF2 to olbrzymia kosmiczna wata cukrowa, którą van Dokkum nazywa „przezroczystą galaktyką”, gdzie gwiazdy są rozproszone. Ta galaktyczna kula jest prawie tak szeroka, jak Droga Mleczna, ale zawiera tylko 1/200 liczby gwiazd naszej galaktyki.
Ta widmowa galaktyka wydaje się nie mieć zauważalnego regionu centralnego, ramion spiralnych czy dysku. Zespół oszacował, że DF2 zawiera najwyżej 1/400 ciemnej materii, niż astronomowie się spodziewali.
DF2 nie jest jedyną galaktyką pozbawioną ciemnej materii. Shany Danieli z Institute for Advanced Study w Princeton w stanie New Jersey użyła Hubble’a w 2020 roku aby uzyskać dokładną odległość do innej widmowej galaktyki, znanej jako NGC 1052-DF4 (lub po prostu DF4), która najwyraźniej również pozbawiona jest ciemnej materii. Niektórzy naukowcy sugerują, że w tym przypadku jednak ciemna materia mogła zostać usunięta z galaktyki w wyniku sił pływowych od innej galaktyki.
Naukowcy sądzili, że zarówno DF2 jak i DF4 były członkami zbioru galaktyk. Jednak nowe obserwacje Hubble’a pokazują, że obie galaktyki są oddalone od siebie o 6,5 mln lat świetlnych, czyli dalej niż początkowo sądzono. Okazuje się również, że DF2 oddaliła się od zgrupowania i jest odizolowana w przestrzeni kosmicznej.
Badacze polują na więcej takich dziwnych galaktyk. Inne zespoły astronomów również prowadzą poszukiwania. W 2020 roku grupa badaczy odkryła 19 niezwykłych galaktyk karłowatych, o których mówią, że są ubogie w ciemną materię. Jednak, aby rozwiązać tę zagadkę, trzeba będzie odkryć o wiele więcej galaktyk pozbawionych ciemnej materii.
Mimo to van Dokkum uważa, że znalezienie galaktyki pozbawionej ciemnej materii mówi astronomom coś o jej niewidzialnej substancji. W naszej pracy z 2018 roku zasugerowaliśmy, że jeżeli masz galaktykę bez ciemnej materii, a inne podobne galaktyki wydają się ją mieć, oznacza to, że ciemna materia jest faktycznie prawdziwa i istnieje – powiedział van Dokkum. To nie jest miraż.
Więcej informacji:
- Mystery Of Galaxy's Missing Dark Matter Deepens
- A Tip of the Red Giant Branch Distance of 22.1 ± 1.2 Mpc to the Dark Matter Deficient Galaxy NGC 1052–DF2 from 40 Orbits of Hubble Space Telescope Imaging
Źródło: Hubblesite
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Zdjęcie z HST przedstawia próbkę starzejących się, czerwonych gwiazd w ultra-rozproszonej galaktyce NGC 1052-DF2. Źródło: NASA, ESA, STScI, Zili Shen (Yale), Pieter van Dokkum (Yale), Shany Danieli (IAS) Obróbka: Alyssa Pagan (STScI)
