Точно както пулсации в езерце показват, че някой е хвърлил камък, пуснал е водомер или е скочил жаба, съществуването на мистериозна субстанция - тъмна материя - се определя от огромното му влияние върху пространството. Астрономите не могат да го наблюдават директно, но гравитацията на тъмната материя определя раждането, формата и движението на галактиките. Това прави миналогодишното откритие напълно неочаквано: в странна дифузна галактика изобщо не е открита тъмна материя. Мислите ли, че това е всичко? Без значение как е.
Галактики без тъмна материя
Няколко учени приветстваха това откритие. Други изразиха съмненията си, критикувайки измерването на разстоянията и движението на галактиката. Залозите са големи: ако наистина има липса на тъмна материя в тази галактика, това парадоксално ще потвърди съществуването на тази материя.
И така, оригиналният екип се сдоби с допълнителни доказателства в подкрепа на първоначалното си откритие. Освен това е открита втора галактика със сходни симптоми. Където преди имаше една галактика с ултрадифуз, без тъмна материя (на пръв поглед), сега има две.
„Един предмет винаги може да бъде отписан като еднорог, но след като намерите два еднорога, започвате да се чудите за възможното съществуване на еднорози“, казва Майкъл Бойлан-Колчин, астроном от Тексаския университет в Остин, който не е участвал в проучването. "И тогава започвате да мислите откъде са дошли, какви са техните свойства и колко са общи."
Намиране на еднорози
Промоционално видео:
Двете галактики, които ни интересуват, са много слаби и далеч от Земята: фотоните от техните звездни клъстери започнаха да пътуват към нашата планета в последните дни на царуването на динозаврите, преди около 65 милиона години. Първата галактика NGC 1052-DF2 е с размерите на Млечния път, но съдържа 100 пъти по-малко звезди. Новата галактика NGC 1052-DF4 се намира в същия регион на небето и е приблизително еднаква по размер и маса.
През март миналата година учените, ръководени от Шани Даниели и Питър ван Докум от Йейлския университет, публикуват проучване, в което изчисляват размера на NGC 1052-DF2, като наблюдават неговата звездна светлина, както и движенията на звездните клъстери, които го заобикалят. Ако NGC 1052-DF2 съдържаше толкова тъмна материя, колкото астрономите обикновено очакват от нея, тъмната материя би увеличила орбиталните скорости на тези звездни явления. Но те се движат бавно, което подсказва, че няма тъмна материя. Критиците твърдят, че скоростите на тези звездни клъстери са били изчислени погрешно - и дори да са правилни, размерът на извадката от само 10 звездни клъстера е твърде скромен, за да може надеждно да се определи наличността на тъмната материя на NGC 1052-DF2.
През октомври Даниели реши да се справи с този проблем, използвайки различна техника. Тя взе Keck Cosmic Web Imager - нов инструмент, наскоро инсталиран зад гигантското 10-метрово основно огледало на телескопа Keck в Хавай. Този инструмент може да измерва светлина от много слаби обекти с изключително висока разделителна способност, което го прави идеален за изучаване на ултрадифузни галактики като NGC 1052-DF2. Този инструмент беше толкова добър, че Даниели вече не се наложи да изучава движенията на звездното струпване, за да определи масата на галактиката. Вместо това тя можеше да получи маса директно, използвайки директно звездната светлина на галактиката.
По отношение на информацията, звездната светлина съдържа много от нея. Чрез разделяне на светлината на съставните й цветове (това се нарича спектроскопия) учените могат да определят състава на звезда, нейната възраст, посока в пространството и скорост. По-голямата част от тази информация се предава под формата на спектрални линии - линейни елементи, вградени в спектъра на звездата поради емисия или абсорбция на различни химически елементи. Инструментът на Кек измерва спектъра от приблизително 10 милиона звезди в галактиката DF2. Размерът на разпространението между най-бързите и най-бавните звезди в галактиката дава представа колко материя взаимодейства с тях. Колкото повече материя - тъмна или някакъв друг вид - толкова по-голямо е разпространението в скоростите на звездите.
„За наша собствена изненада измерихме изключително тесни спектрални линии, които оставят много малко място за повече маса, различна от масата, която звездите внасят в галактиката“, казва Даниели. Просто няма място за тъмна материя.
Междувременно Ерик Емселем от Европейската южна обсерватория и неговите колеги изследват галактиката с много големия телескоп в чилийската пустиня Атакама. Те откриха също дисперсия с ниска скорост, която подкрепя липсващия сценарий с тъмна материя.
Николас Мартин, астроном от университета в Страсбург във Франция, беше един от критиците на оригиналната статия. В последващ документ, публикуван миналата година, той твърди, че е твърде трудно да се оцени масата на галактиката DF2 въз основа на движенията на околните звездни групи. Мартин обаче казва, че е бил успокоен от последните резултати от Даниели и Емсел.
„Това стана възможно благодарение на нови инструменти, пристигнали в най-големите телескопи на планетата. И, честно казано, преди година не ми беше очевидно, че това би било възможно. Преди година не бях готов да кажа, че тази система ще бъде напълно непременно странна, защото ми се стори, че измерванията не са напълно подкрепени от данните. Но сега, когато има два различни отбора, които са измерили диапазона на скоростта на самите звезди, мисля, че стана очевидно, че има странност."
Констатациите на Даниели бяха представени на конференция по тъмната материя в Принстънския университет и ще бъдат публикувани в Astrophysical Journal Letters.
Като цяло, нейните изследвания показват, че има цял клас такива слаби галактики от тъмна материя.
В търсене на липсващата материя
Някои астрономи реверат мозъците си за това как биха могли да се образуват такива галактики и къде отиде тъмната материя. Бойлан-Колчин казва, че една от възможностите е гравитационното дърпане на съседна, много по-голяма галактика, отделена от тъмна материя. Или DF2 и DF4 може да не са галактики изобщо, а скромни колекции от звезди, прикрити като галактики; в този случай тези изолирани групи звезди могат да се образуват от сблъскващи се струи газ, изтичащи другаде. Или може да има още по-скучни сценарии, например ориентацията на галактиките спрямо Земята, което влияе неблагоприятно върху получаването на точни спектрални измервания на техните движения.
Едно е ясно със сигурност: ако не възникнат тежки съмнения, отсъствието на тъмна материя в галактиките убедително ще покаже, че тази материя е отделима от звезди, газ, прах и друга обикновена материя. А това от своя страна ще засили аргумента за съществуването на тъмна материя.
Към днешна дата никой определено не е открил тъмна материя, въпреки десетилетия на интензивни изследвания. Липсата на доказателства подтикна някои астрофизици да търсят алтернативни начини да извайват галактики и да контролират движението им чрез появата на хипотези като „възникваща гравитация“и „модифицирана нютонова динамика“. Привържениците на тези хипотези твърдят, че повечето астрономи смятат, че тъмната материя може да е явление, възникващо от физиката, което не разбираме напълно. Но в този случай тези странни галактики ще говорят в полза на факта, че алтернативите са грешни и че тъмната материя наистина може да е причината.
Иля Кел
