Zespół naukowców dokonał przełomowego odkrycia, identyfikując po raz pierwszy wyjątkowo silny wzorzec zgrupowania w rozproszonych galaktykach karłowatych.
To znaczące odkrycie, którego wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature, stanowi nowe wyzwanie dla dominujących modeli formowania się galaktyk w ramach modelu Λ-Cold Dark Matter (ΛCDM).
Historycznie, masywne galaktyki służyły jako główny cel wykrywania błędu systematycznego ze względu na ich wyższą jasność i bardziej efektywną obserwowalność przez przeglądy takie jak Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Z kolei galaktyki karłowate były często niedostatecznie reprezentowane w takich badaniach ze względu na ich niską jasność i wyzwania związane z rzadkim pobieraniem próbek.
Zespół badawczy University of Science and Technology of China (USTC) ujawnił jednak, że halo ciemnej materii, w którym znajdują się galaktyki karłowate, również wskazuje stronniczość. Co ważne, stronniczość ta pozostaje w dużej mierze niezależna od niepewności w szacunkach masy halo. Odkrycie to sugeruje, że stronniczość halo może być skuteczniej śledzona w galaktykach karłowatych w porównaniu z ich masywniejszym odpowiednikami.
W swoich badaniach zespół profesora Wang Huiyuana przeanalizował próbkę izolowanych galaktyk karłowatych z SDSS, odkrywając, że rozproszone galaktyki karłowate wykazują nieoczekiwanie większe skupiska na dużą skalę w porównaniu do zwartych galaktyk karłowatych. Ten uderzający wzór rozkładu przestrzennego stanowi fundamentalną sprzeczność z ustalonym zrozumieniem wynikającym z badań masywnych galaktyk.
Wykorzystując własną symulację kosmologiczną EUCLID, naukowcy odkryli, że to odwrotne zjawisko jest nierozerwalnie związane z czasem formowania się halo. W szczegółowości, rozkład przestrzenny rozproszonych galaktyk karłowatych ściśle pokrywa się ze starymi halo, podczas gdy zwarte galaktyki karłowate podążają za wzorcami podobnymi do młodych halo. Wynik ten zapewnia pierwsze obserwacyjne wsparcie o wysokiej pewności dla stronniczości w tworzeniu halo za pomocą danych ze świata rzeczywistego, wypełniając krytyczną lukę między symulacjami kosmologicznymi a empirycznym uprawomocnieniem.
Istniejące modele formowania się galaktyk w ramach modelu ΛCDM nie wyjaśniają jednak powstawania rozproszonych galaktyk karłowatych w starych halo, co sugeruje potencjalne sprzeczności między obecnymi modelami formowania się galaktyk i modelami ciemnej materii a rzeczywistym Wszechświatem.
Aby zaradzić tej rozbieżności, badacze wprowadzili model SIDM (Self-Interacting Dark Matter). Model ten zakłada, że cząstki ciemnej materii oddziałują ze sobą nie tylko poprzez grawitację, ale także poprzez słabe oddziaływania niegrawitacyjne. Oddziaływania te powodują ekspansję strukturalną i osłabiają centralną siłę grawitacji w starych halo, promując w ten sposób powstawanie rozproszonych galaktyk karłowatych. I odwrotnie, sprzyjając formowaniu się zwartych galaktyk karłowatych. Teoria ta w naturalny sposób wyjaśnia obserwowaną korelację wiek halo – gęstość galaktyk, sugerując, że natura ciemnej materii może być bardziej złożona niż wcześniej przewidywano.
Recenzenci z Nature wysoko ocenili znaczenie tej pracy: To oryginalny i bardzo zaskakujący (a przez to znaczący) wynik. Testowanie przewidywań dotyczących samointerakcji ciemnej materii poprzez grupowanie galaktyk jest nowatorskim podejściem i może mieć trwały wpływ.
Badania te stanowią pierwsze obserwacyjne potwierdzenie znaczącego odchylenia w tworzeniu halo – krytycznego przełomu, który oferuje bezprecedensowe ograniczenia w odkrywaniu natury ciemnej materii, ewolucji kosmicznych struktur wielkoskalowych oraz mechanizmów rządzących formowaniem i ewolucją galaktyk. Co najważniejsze, odkryto unikalną korelację między strukturami składników barionowych a wiekiem ich halo w galaktykach karłowatych, co stanowi fundamentalne wyzwanie dla standardowego modelu CDM i wymaga potencjalnych modyfikacji.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Dwarf Galaxy Clustering Challenges Standard Cold Dark Matter Paradigms: Towards a self-interacting dark matter solution
- Unexpected clustering pattern in dwarf galaxies challenges formation models
Źródło: USTC
Na ilustracji: Wielkoskalowe rozmieszczenie ciemnej materii we Wszechświecie, technika artystyczna. Krople wody przedstawiają obrazy galaktyk karłowatych w różnych środowiskach, ukazując złożoną korelację między wielkoskalową strukturą wszechświata a powstawaniem małoskalowych galaktyk. Źródło: USTC
