Первая галактика без темной материи обнаружена американскими астрономами. Открытие заставлет по-новому взглянуть на эту загадочную неуловимую субстанцию и пересмотреть взгляды на образование галактик.
«Это странно»: найдена «невозможная» галактика
Необычная галактика, обнаруженная астрономами, заставила ученых по-новому взглянуть на природу темной материи – загадочной субстанции, которая составляет значительную часть Вселенной. Разгадка природы темной материи – одна из важнейших нерешенных задач современной астрофизики. Темная материя – форма материи, чье присутствие во Вселенной фиксируется только благодаря ее взаимодействию с видимой, так называемой барионной материей. История открытия этой загадочной субстанции восходит с первой половине XX века. Еще в 30-х годах прошлого века работавший в США швейцарский астроном Фриц Цвикки заметил, что в самых крупных известных на тот момент структурах Вселенной — скоплениях галактик — чего-то не хватает. Отдельные галактики в этих скоплениях двигаются так быстро, что суммарной массы составляющих их звезд не хватало бы, чтобы удержать систему связанной, и, если бы не какая-то «скрытая масса», эти скопления давно бы разлетелись в разные стороны. Что удерживало галактики от разлета, Цвикки не знал и так и не узнал до конца своей жизни. Это могли быть не превратившиеся в звезды газ, пыль, какие-то другие слабо светящиеся объекты. Никаких указаний на природу вещества не было, а встречалась оно, казалось, лишь в галактических скоплениях. Загвоздка возникла и при наблюдении звезд внутри ближайших к нам галактик, например – Андромеды. Кеплеровская динамика предполагает, что при удалении от центра галактики звезды должны вращаться медленнее, однако наблюдения показывают, что большинство спиральных галактик устроены иначе: скорости звезд в них почти не зависят от расстояния до центра, как если бы их что-то дополнительно тянуло к центру. Дальнейшие наблюдения лишь доказывали существование аномалии, и сегодня расчеты показывают, что порядка 80% масс всей вселенной приходится на эту странную темную материю. Считается, что темная материя равномерно заполняет вселенную, и именно ее сгустки в далеком прошлом притягивали к себе обычную барионную материю, которая образовала наблюдаемые сегодня галактики, в том числе и нашу – Млечный путь. Однако исследование галактики DF2 астрономами под руководством Питера Доккума из Йельского университета, вновь поставило все с ног на голову. Галактика DF2 расположена в 65 млн световых лет от нас, и относится к так называемым ультра-диффузным галактикам, в которых число звезд чрезвычайно мало по сравнению с обычными. Она настолько неплотная, что сквозь нее видны более далекие галактики. Исследовав спектр звезд этой галактики, ученые выяснили, что при размере, сравнимом с размерами Млечного пути, эта галактика имеет примерно в 100 раз меньше звезд, чем наша. В абсолютных величинах вся масса звездного населения галактики была оценена всего 200 млн масс Солнца. Затем они решили оценить общую массу галактики, для этого они проследили за движением нескольких шаровых звездных скоплений вокруг центра галактики, и поняли, что вращаются они гораздо медленнее, чем в обычных галактиках. Это указало астрономам на чрезвычайно низкую общую массу всей галактики, а с учетом того, что масса звезд известна, — на весьма малую долю темной материи. «На галактику с массой звезд в 200 млн масс Солнца на темную материю приходится лишь порядка 80 млн масс Солнца, — пояснил Доккум. Таким бразом общая масса галактики не превышает 300 млн масс Солнца, что гораздо меньше, чем для галактики такого размера. У ученых сразу возник вопрос: если в странной галактике так мало темной материи (примерно в 400 раз меньше, чем ожидалось), то как она могла образоваться? По одной из версий, она могла родиться, как побочный результат слияния других галактик, на что указывает наличие неподалеку другой эллиптической галактики. «Мы считаем, что все галактики состоят из звезд, газа и темной материи, смешанных друг с другом, — пояснил Роберто Абрахам, соавтор работы, опубликованной в журнале Nature. – Теперь, похоже, что в некоторых галактиках есть множество звезд и газа, но почти нет темной материи. Это довольно странно».