Відкриття третьої галактики без темної матерії в полі NGC 1052

У новому дослідженні, опублікованому в The Astrophysical Journal, команда астрономів з Єльського університету описує карликову галактику NGC 1052-DF9, яка розташована на відстані 45 мільйонів світлових років від Землі. Це вже третя галактика, виявлена без темної матерії, після DF2 та DF4. Всі три галактики, здається, сформувалися за однаковим механізмом відокремлення газу від темної матерії.

Згідно з загальноприйнятою моделлю формування галактик, вони виникають у великих гало темної матерії, коли газ охолоджується і утворює зірки. Вважається, що майже всі галактики підпорядковані гравітаційній дії темної матерії. Частка темної матерії в галактиці залежить від її маси; карликові галактики з низькою масою зазвичай мають більше темної матерії, оскільки їх низькі швидкості вивільнення дозволяють надновим зіркам і іншим механізмам зворотного зв'язку ефективно нагрівати та викидати газ. Через це ці галактики зазвичай мають гало темної матерії, маса якого більше ніж у 100 разів перевищує їх зоряну масу.

Відкриття двох галактик без темної матерії, NGC 1052-DF2 та NGC 1052-DF4, зроблене у 2018 та 2019 роках Пітером ван Доккумом та його колегами, поставило під сумнів цю картину. Обидві галактики мають масу, яка узгоджується з їхньою лише зоряною масою, а також містять дуже яскраві кульові скупчення, є ультрадисперсними та просторово розширеними. Ці властивості відрізняють DF2 та DF4 від усіх інших відомих галактик.

Дослідження 2022 року показало, що DF2 і DF4 є частиною статистично значимого лінійного вирівнювання близько десяти слабких галактик, які знаходяться в полі великої галактики NGC 1052. Таке тісне лінійне вирівнювання є унікальним серед каталогів розсіяних об'єктів. Астрономи також виявили, що галактики в цьому вирівнюванні пов'язані кінематично: їхні швидкості зростають лінійно в залежності від їхнього положення вздовж вирівнювання, слідуючи тенденції, передбаченій для DF2 та DF4. Це свідчить про те, що інші галактики в вирівнюванні мають спільне походження, ймовірно, сформувалися одночасно з DF2 та DF4.

Однак, незважаючи на труднощі, є одна галактика в цій лінії, для якої можливо виміряти розсіювання швидкостей: NGC 1052-DF9 (DF9). DF9 є найближчим аналогом DF2 і DF4, з подібною яскравістю, розміром і популяцією яскравих скупчень. Розсіювання зірок і темної матерії в DF9 дуже схоже на таке в DF2 і DF4, що робить можливими техніки, які нещодавно використовувалися для вимірювання розсіювань у DF2 та DF4.

Докторант Пітера ван Доккука, Майкл Кайм, запропонував провести детальний аналіз з використанням іміджера Cosmic Web з обсерваторії на Гаваях. Кайм та його колеги виміряли рухи зірок у DF9, щоб визначити її масу. Вони виявили, що DF9 має масу, еквівалентну 100 мільйонам сонячних мас, що відповідає очікуваній кількості видимої матерії в галактиці такого розміру, і нічого більше. Якби DF9 також містила очікувану кількість темної матерії, її маса перевищила б 10 мільярдів сонячних мас.

Дослідники вважають, що відсутність темної матерії в DF9 свідчить про те, що DF2, DF4 та DF9 сформувалися одночасно під час насильницької події, такої як зіткнення галактик на високій швидкості. У цьому сценарії зіткнення відокремило газ від темної матерії галактик, і цей газ потім сформував нові галактики, слідуючи лінійній траєкторії.

Зважаючи на те, що DF2, DF4 і DF9 є єдиними відомими галактиками, не можна стверджувати про необхідність темної матерії. Для цих трьох галактик їхня динамічна маса, визначена з гравітаційного руху їхніх зірок, узгоджується з їхньою зоряною масою, оціненою на основі світла, яке вони випромінюють. Хоча, враховуючи невизначеності вимірювання, їхні динамічні маси можуть бути сумісними з невеликою надмірністю в порівнянні з оціненою фотометричною масою.

Це відкриття вказує на те, що темна матерія може бути фізичною субстанцією, яка може діяти незалежно від звичайної матерії або газів, що ставить під сумнів альтернативні теорії, згідно з якими темна матерія є просто ефектом модифікованої гравітації.