“Хъбъл” откри двойка странни галактики, където тъмната материя липсва

Наука • •

Двете галактики са лишени от тази ключова космическа съставка. Сега астрономите, използващи космическия телескоп “Хъбъл”, казват, че може би знаят защо.

Тази снимка, направена от космическия телескоп "Хъбъл" разкрива необичайната галактика DF2, отстояща на около 72 милиона светлинни години от...

Тази снимка, направена от космическия телескоп "Хъбъл" разкрива необичайната галактика DF2, отстояща на около 72 милиона светлинни години от Земята. Астрономите са озадачени от факта, че DF2 няма тъмна материя - невидимото лепило, което държи обектите в галактиките заедно.

© NASA, ESA, STSCI

Преди около осем милиарда години двете галактики се сблъскват в мощен космически удар, “изритвайки” газа една от друга.

Това е най-новото обяснение за космическа мистерия, която кара астрономите да се почесват по главите от 2018 г. насам: две бледи галактики, които изглеждат напълно лишени от тъмна материя. Нови наблюдения предполагат, че те може би са част от поредица от подобни странни обекти - отломки от междугалактическата катастрофа.

По-ранни проучвания на двете галактики, наречени DF2 и DF4 разкриват, че в тях има странни, светещи звездни купове. Но учените се мъчат да обяснят как изобщо е възможно да съществуват, след като тъмната материя, съставляваща над 80 % от материята във Вселената и за която се смята, че е съществена съставка за изграждането на галактики, липсва при тях.

Според нова теория на екип, ръководен от Питър ван Докъм от Йейлския университет, космическият сблъсък може да обяснява тези странности, включително космическите отломки, които ги заобикалят. „По време на сблъсъка газът се отделя, превръщайки тази среда в хаотично пространство, без тъмна материя, която да я поддържа в едно цяло“, казва ван Докъм. "И тогава части от този голям хаотичен газов облак може да са се отделили и да са образували свои собствени малки галактики."

Сценарият, който ван Докъм и колегите му предлагат, тепърва трябва да бъде потвърден от бъдещи наблюдения. И, както беше описано наскоро в Nature, този галактически сблъсък може дори да помогне на учените да разберат някои фундаментални свойства на самата тъмна материя.

Невидимата материя на Вселената

Доколкото знаем, по-голямата част от масата на една галактика идва от тъмна материя. В края на 60-те години на XX век астрономът Вера Рубин прави това предположение, като заключава, че нещо масивно и невидимо трябва да предотвратява “излитането” на звездите, намиращи се в края на галактиката Андромеда из Космоса. Без това гравитационно лепило тези звезди биха се изгубили - както и звездите по периферията на множество други въртящи се галактики.

Половин век по-късно, астрономите все още не са наблюдавали директно тъмната материя. Тя не излъчва и не отразява светлина. Нито взаимодейства пряко с обикновената материя, въпреки че гравитацията ѝ влияе върху звездите и галактиките, наблюдавани от астрономите. Също така, учените смятат, че тъмната материя е необходима, за да могат галактиките да натрупват достатъчно газ и да започнат да раждат звезди.

Но през 2018 г. ван Докъм забеляза галактика, наречена NGC1052-DF2, или накратко DF2, която изглежда има изключителен недостиг на тъмна материя. На около 72 милиона светлинни години от Земята, близо до голяма елиптична галактика, DF2 изглежда блед и разпръснат обект, изпълнен с необичайно количество изключително ярки, масивни звездни купове. Когато ван Докъм и колегите му изчисляват масата на галактиката, те разбират, че DF2 съдържа най-малкото количество тъмна материя, което са виждали.

През 2019 г. екипът забелязват друга галактика в същата група, наречена DF4, която е идентична по своите особености на DF2. DF4 също е бледа и разпръсната, привидно с дефицит на тъмна материя и изпъстрена с причудливи звездни купове.

Големият въпрос е как са се образували тези странни галактики?

Връщане на астрономическия часовник

През 2019 и 2020 г. ван Докъм и колегите му насочват “Хъбъл” към DF2 и DF4. Оказва се, че DF2 е много по-отдалечена, както и че двете галактики се отдалечават една от друга. Това означава, че ако възпроизведем движението им в обратен ход, в крайна сметка те ще се слеят в една и съща точка в пространството - предполагаемото място на древния, мощен космически сблъсък.

Когато двете галактики са се сблъскали, тъмната материя в тях е продължила да се движи из пространството, сякаш нищо не се е случило. Но целият газ, който са имали, се озова в хаотична, гореща купчина под високо налягане – перфектната среда, където да се образуват големи масивни звездни купове – точно като тези в DF2 и DF4. Когато екипът на ван Докъм поглежда през “Хъбъл” към групата NGC 1052, те откриват около 11 галактики – включително DF2 и DF4.

Симулациите на подобни сблъсъци предполагат, че първоначалната газова купчина се е “пръснала на парчета”, а в продължение на милиарди години тези парчета се разпръсквали наоколо, оставяйки следа от бледи галактики.

Но потвърждаването на тази хипотеза ще бъде сериозно предизвикателство, тъй като галактиките са много бледи и трудни за наблюдение в детайли. Но ако ван Докъм и колегите му се окажат прави, това ще помогне на астрономите да разберат по-добре колко "лепкава" в действителност е тъмната материя.

Улики в небето

Някои астрономи обаче остават скептични.

„В известен смисъл всичко това е началото на голяма мистерия“, казва Мишел Колинс от Университета в Съри, Англия, която изучава образуването на галактики. Тя казва, че “тази хипотеза е изключително спекулативна в момента и ние не знаем дали предложените галактики - предшественици са съдържали достатъчно маса, за да произведат това, което ван Докъм и колегите му наблюдават.”

Потвърждаването на разстоянията до всичките 11 галактики, които съставляват предполагаемата следа от отломки, също е от решаващо значение, за да се разбере дали са част от една и съща система или са случайно подравнени по начин, който просто ги кара да изглеждат свързани – така, както звезди, които се намират на изключително различни разстояния от Земята, могат да изглеждат близки в съзвездията.

Потвърждаването на теорията за сблъсъка ще отнеме време, но ван Докъм казва, че би искал да изучава звездните купове в DF4 и да сравни възрастта им с тези в DF2. Ако възрастта им съвпадне, това ще бъде силен аргумент в подкрепа на общия произход на галактиките.

Ван Докъм ще насочи “Хъбъл” към други обекти, за които се предполага, че са част от отломките след сблъсъка, за да разбере дали съдържат същите странни звездни купове, както и да измери тяхната скорост и разстояния, за да определи дали са част от същата структура.

Но може би това е проект, който ще трябва да изчака следващото поколение наземни телескопи или космическия телескоп “Джеймс Уеб” на НАСА.

„Това би било невероятно“, казва ван Докъм. „Измерването на тези галактики би било Светият Граал на тази система.