Уявіть собі галактику, з якої здерли «невидимий клей», що має тримати її зорі разом. Саме такою виявилася карликова галактика DF9: за даними Live Science, вона, як і ще дві її сусідки DF2 та DF4, майже позбавлена темної матерії — компонента, який зазвичай становить левову частку маси галактик.
Що відомо коротко
- Темна матерія становить близько 85% усієї матерії у Всесвіті та зазвичай створює невидимі «ореоли» навколо галактик.
- Карликова галактика DF9 зі «шнура» з приблизно 12 тьмяних галактик майже не має темної матерії.
- Маса DF9 становить близько 100 мільйонів мас Сонця і збігається з масою її видимих зір.
- Якби в DF9 була «нормальна» кількість темної матерії, її маса мала б перевищувати 10 мільярдів сонячних мас.
- Три галактики в цьому ланцюзі (DF2, DF4 і DF9) вказують на спільне походження внаслідок екстремального зіткнення.
Як працює «гравітаційний клей» темної матерії
Темну матерію часто порівнюють із невидимим каркасом, на який «нанизуються» зорі, газ і пил. Вона збирається у гігантські ореоли, всередині яких формуються галактики. Без цього каркаса зорі мали б розлітатися з диска галактики, як іскри з багаття.
Ще астрономка Віра Рубін помітила, що зорі обертаються навколо центрів галактик надто швидко, щоб їх утримувала тільки видима маса. Це означало, що десь «ховається» додаткова, невидима маса — темна матерія. Для більшості галактик рівняння просте: невидимої маси значно більше, ніж видимої.
Найдивніше те, що саме маленькі, карликові галактики зазвичай мають найбільшу частку темної матерії. Їх слабка гравітація дозволяє вибухам наднових і вітрам від чорних дір викидати газ, тоді як ореол темної матерії лишається, ставши у рази масивнішим за всі зорі разом.
Чому DF9 поводиться як «голий каркас»
DF9 розташована в полі NGC 1052 приблизно за 67 мільйонів світлових років від Землі. Вона входить до довгого ланцюга з близько 12 тьмяних карликових галактик, що тягнуться в космосі, немов рядок примарних вогників.
Щоб зважити DF9, астрономи використали спектрограф Keck Cosmic Web Imager на обсерваторії Кека на вулкані Мауна-Кеа. Вони виміряли рух зір у галактиці, аналізуючи зміщення їхніх довжин хвиль, і з цього обчислили її масу.
Результат виявився майже «надто ідеальним»: маса, отримана з гравітаційного руху зір, дорівнює масі, яку дає просто підрахунок світла цих зір — приблизно 100 мільйонів сонячних мас. Тобто «зайвої» гравітації, яку мала б давати темна матерія, майже немає.
Для типової карликової галактики очікується, що її темний ореол приблизно у 100 разів масивніший за сумарну масу зір. У випадку DF9 та її «родичок» DF2 і DF4 це правило ламається.
Галактики-привиди з бурхливим минулим
DF9 — не поодинокий виняток. Попередні спостереження показали, що дві сусідні галактики з того ж ланцюга, DF2 і DF4, також майже позбавлені темної матерії. Разом вони утворюють цілу «доріжку» дивних карликів, які виглядають, за словами дослідників, по-справжньому примарно: дуже розріджені, з яскравими зоряними скупченнями й без масивного невидимого ореолу.
Команда порівнює цей ланцюг з мініатюрною версією знаменитого скупчення Куля (Bullet Cluster) — системи двох зіткнутих скупчень галактик на відстані близько 4 мільярдів світлових років. Там гігантське зіткнення розділило гарячий газ і темну матерію, ніби різні шари в коктейлі.
Подібним чином, за версією дослідників, «подія Куля-караклик» створила ланцюг у полі NGC 1052: екстремальне зіткнення викинуло частину речовини, з якої й сформувалися DF2, DF4 і DF9. Вони народилися вже «полегшеними» — без звичного темного ореолу, та ще й вирівняними у вигляді довгої нитки.
Астроном Майкл Кайм (Michael Keim) з Єльського університету зазначає, що якби ми знали тільки DF2, DF4 і DF9, ніякої потреби вводити темну матерію взагалі не було б: у цих трьох галактик маса за гравітацією повністю збігається з масою за світлом.
Наскільки рідкісні такі зіткнення
Космос сповнений зіткнень галактик, але подібні високошвидкісні події все ж відносно рідкісні. За оцінками на основі космологічних симуляцій, у межах відстані близько 67 мільйонів світлових років від Землі мало б статися лише приблизно сім подібних подій.
Крім того, знайти галактику без темної матерії складно ще з кількох причин. Вона може ховатися в дуже щільній ділянці Всесвіту, де її світло перекриває пил, газ і яскраві зорі інших систем. Або ж така галактика вже встигла злитися з сусідньою, що має власний темний ореол, і тоді її особливості «затираються».
Дивне розділення видимої матерії й темної у полі NGC 1052 досі потребує пояснення. Астрономи припускають, що остаточним доказом колізійного походження цього ланцюга стало б виявлення залишків газу від стародавнього зіткнення — справжнього «димного пістолета» події.
Що буде далі з дослідженнями цього космічного намиста
Команда продовжує спостереження за цими галактиками на інших телескопах. Серед них — новий комплекс MOTHRA, який будують у Чилі. Його називають «найбільшим у світі телескопом із суцільно лінзовою оптикою».
MOTHRA складатиметься з масиву з 1140 телеоб’єктивів. Така конструкція дозволить надзвичайно чутливо «картувати» великі ділянки неба, подібні до тієї, де розташований цей ланцюг карликових галактик. За заявою дослідників, чутливість до протяжних структур буде щонайменше на порядок вищою, ніж у будь-якої нинішньої установки.
Якщо вдасться виявити розтягнуті хмари газу або інші сліди колосального зіткнення, це посилить ідею про те, що дивні «голі» галактики — не випадковий збіг, а прямий продукт екстремальних подій.
FAQ
Це вже доказ проти темної матерії чи лише дивний виняток?
DF9, DF2 і DF4 показують, що галактики можуть існувати майже без темної матерії, але вони не спростовують її реальність загалом. Переважна більшість інших галактик, навпаки, вимагають наявності великої частки невидимої маси, і саме такі системи формують основу сучасних моделей Всесвіту.
Чому астрономи раніше не бачили так багато подібних галактик-примар?
Такі об’єкти дуже тьмяні та розріджені, їх легко загубити на фоні яскравіших структур. До того ж події, що можуть їх створити, рідкісні, а подальші злиття з іншими галактиками швидко «маскують» їхні особливості.
Чим ці галактики відрізняються на вигляд від звичайних?
За описом дослідників, вони мають примарний, «прозорий» вигляд: великий розмір при дуже малій яскравості, розсіяні зорі та яскраві зоряні скупчення. Відсутність масивного темного ореолу робить їх особливо вразливими до гравітаційних впливів оточення.
Чи можуть подібні події відбуватися і сьогодні у Всесвіті?
Так, зіткнення галактик і навіть цілих скупчень тривають і зараз, просто вони відбуваються на космічних часових масштабах. Проте високошвидкісні події, схожі на «подію Куля-караклик», за розрахунками, трапляються нечасто, тому кожен виявлений приклад надзвичайно цінний.
🤯 Якщо раніше темну матерію уявляли як обов’язковий «фундамент» для будь-якої галактики, то ці карликові системи показують, що навіть фундамент іноді можна зірвати потужним ударом. Це змушує дивитися на Всесвіт не як на статичну конструкцію, а як на арену рідкісних, але настільки екстремальних подій, що вони можуть буквально переформатувати цілу галактику — аж до зникнення її невидимого кістяка.