Нові спостереження за галактикою NGC 1052-DF2 в сузір’ї Кита показали, що вона практично не містить темної матерії, що ставить під сумнів основні фізичні теорії про формування галактик та природу Всесвіту.
Астрономи з Єльського університету вперше звернули увагу на аномалію галактики NGC 1052-DF2 ще в 2018 році, коли за допомогою телескопа «Габбл» було виявлено, що її маса повністю пояснюється звичайною матерією — зірками та газом. Це було несподіванкою, оскільки, згідно з сучасними уявленнями, темна матерія є невід’ємною складовою будь-якої галактики. Темна матерія, яка не взаємодіє зі світлом, вважається основною «сили тяжіння», яка притягувала матерію для утворення галактик на ранніх етапах Всесвіту.
Початкові сумніви виникли через можливу помилку у визначенні відстані до NGC 1052-DF2. Деякі дослідники припускали, що галактика розташована ближче до Землі, ніж вважалося, і тому її маса могла бути недооціненою. Однак нове дослідження, яке використало світність червоного надгіганта на околицях цієї галактики для точнішого вимірювання відстані, показало, що вона знаходиться навіть далі — на відстані 72 мільйонів світлових років, а не 65, як передбачалося раніше. Це означає, що частка темної матерії в цій галактиці ще менша, ніж передбачалося, і майже відсутня.
Це відкриття має значні наслідки для космології, оскільки раніше вважалося, що без темної матерії не можуть утворюватися галактики. Теорія темної матерії передбачала, що вона утворює «гало» навколо галактик, яке, за рахунок своєї маси, допомагає притягувати звичайну матерію для формування зірок. Тому галактики без темної матерії не повинні існувати за сучасними уявленнями про Всесвіт.
Цікаво, що подібна ситуація була зафіксована в іншій галактиці того ж кластеру, NGC 1052-DF4, що розташована на відстані 6,5 мільйонів світлових років від NGC 1052-DF2. Це відкриття змусило вчених задуматися над тим, як можуть існувати такі аномалії.
Світлі та темні галактики: дві сторони однієї медалі
Вчені прокоментували, що ці розріджені галактики без темної матерії можуть бути зворотним боком процесу, який створює галактики з великою кількістю темної матерії, але з малою кількістю зірок, такі як відома галактика Бабка-44. Відомо, що у галактик на кшталт Бабки-44 темна матерія значно переважає над звичайною. Це вказує на те, що механізм розподілу темної і звичайної матерії в галактиках може бути більш складним, ніж вважалося раніше.
Коли галактики стикаються, звичайна матерія, зокрема газ, може ефективно гальмуватися, що призводить до його скупчення і подальшого утворення зірок. Тим часом темна матерія через слабку взаємодію з іншою матерією просто проходить через місце зіткнення, залишаючи в результаті галактику, насичену звичайною матерією, але майже без темної, як NGC 1052-DF2. З іншого боку, у деяких випадках темна матерія може переважати, як у випадку галактики Бабка-44.
Криза темної матерії: що далі?
Відкриття галактики без темної матерії підсилює кризу у фізиці темної матерії. Вже десятки років науковці намагаються знайти частинки, які могли б пояснити природу темної матерії, але поки що безуспішно. Експерименти, такі як спостереження на Великому адронному колайдері або спроби реєстрації частинок темної матерії, не дали результатів.
Багато фізиків, включаючи Сабіну Хоссенфельдер, виступають за перегляд підходів до проблеми темної матерії і навіть припускають, що можуть існувати альтернативні пояснення, такі як модифікована ньютонівська динаміка (MOND). Ця теорія стверджує, що закони гравітації змінюються при дуже низьких прискореннях, що може пояснити аномальну поведінку зірок на околицях галактик. Однак відкриття галактик на кшталт NGC 1052-DF2 підриває ідеї MOND, оскільки у цих галактиках гравітація поводиться «нормально», без додаткових впливів.
Гіпотеза чорних дір: нове пояснення темної матерії
Незважаючи на труднощі в пошуку частинок темної матерії, нещодавно набула популярності гіпотеза, що темна матерія може складатися з масивних чорних дір, утворених незабаром після Великого вибуху. Вони можуть створювати «кульові скупчення» на околицях галактик, впливаючи на них своєю гравітацією. Ця гіпотеза також може пояснити низку аномалій, таких як нестача галактик-супутників у Чумацького Шляху або відсутність гальмування газових хмар під час зіткнень, як у скупченні Пуля.
Цікаво, що такі чорні діри можуть бути виявлені через гравітаційні хвилі, коли вони зливаються одна з одною. Проєкт LIGO вже зафіксував кілька подібних подій, що може бути першим кроком до підтвердження цієї теорії.
Таким чином, відкриття галактики без темної матерії не лише ставить під сумнів існуючі теорії, але й відкриває шлях до нових гіпотез про природу Всесвіту і його еволюцію.