Вчені з Інституту позаземної фізики Товариства Макса Планка та інших установ виявили шість галактик раннього Всесвіту з надзвичайно незначним вмістом темної матерії. Подробиці дослідження опубліковані в журналі Nature.
Нині модель формування галактик описана тільки в загальних рисах. Згідно з однією з домінуючих гіпотез, галактики утворюються в результаті злиття зоряних скупчень, при цьому концентрування в них звичної (баріонної) матерії зв’язується з виникненням зовні гало темної матерії. У випадку галактик-ровесниць Чумацького Шляху, на наявність такого гало вказує, зокрема, нестандартний розподіл швидкостей обертання зірок. Численні спостереження показали, що з віддаленням від центру галактики показник не знижується, але зростає, виходячи на плато. Темна матерія, щільність якої збільшується на межі з галактикою, дозволяє пояснити цей ефект.
В рамках нової роботи Міжнародна група дослідників з Німеччини, США, Італії, Великобританії, Швейцарії та Ізраїлю описала результати спостережень сотень віддалених галактик за допомогою телескопа VLT — комплексу з чотирьох 8,2-метрових телескопів Європейської південної обсерваторії (ESO). На відстані від 9 від 27 кілопарсек авторам вдалося зафіксувати шість великих галактик, швидкість баріонної матерії в яких з віддаленням від центру знижується. Всі виявлені галактики належать до пікового періоду виникнення зірок — близько 10 мільярдів років тому.
Розподіл швидкостей окремих ділянок двох виявлених галактик (в центрі) і середня швидкість баріонної матерії в залежності від віддаленості від центр (праворуч) / ©R. Genzel et al., Nature, 2017
Швидкість обертання різних ділянок баріонної матерії, що знаходиться в галактиках, вчені оцінювали по доплеровському зсуву атомарного водню. Річ у тім, що обертання немов би призводить до ефекту різноспрямованого руху двох половин галактики: від спостерігача і до нього. Різним швидкостям газу при цьому відповідають більш теплі або холодні відтінки на діаграмі. Завдяки високій кутовій роздільній здатності VLT (0,6″) команді вдалося визначити зсув для окремих ділянок галактичних дисків.
На думку авторів, нестандартна поведінка матерії у виявлених галактиках може бути пов’язана з великим потоком газу, який стягується з міжгалактичного простору. У поєднанні з множинними спалахами наднових це знижувало швидкість обертання зовнішньої частини галактичного диска. Паралельно газ і темна матерія просторово розділялися: газ швидко втрачав енергію, разом з баріонною матерією концентруючись в центральних областях галактик. В результаті частка темної матерії, що оточує їх, скорочувалася. Повідомляється, що у ряду галактик цей показник не перевищував семи-восьми відсотків на видаленні в половину радіуса від центру. Тим часом, за сучасними уявленнями, з темної матерії складається 27 відсотків всесвіту.
Середні фракції темної матерії в шести виявлених (сині кола), ранніх (перекреслені червоні кола і нижче) і більш молодих (від Чумацького Шляху і вище) галактик / ©R. Genzel et al., Nature, 2017
Примітно, що розглянута в новій роботі темна матерія не знаходиться в рівновазі. В описуваних галактиках її гало безперервно збільшується, і це може допомогти у вивченні властивостей цієї форми матерії. Більш складним завданням представляється опис переходу між станом раннього Всесвіту, при якому в галактиках домінує баріонна матерія, до сучасного.