Астрономи вже давно стверджують, що темна матерія — це невидимий каркас, який утримує галактики разом. Без її величезного гравітаційного тяжіння обертальні рухи галактик змусили б їх просто розлетітися на шматки. Але тепер науковці виявили ланцюжок галактик, у яких, судячи з усього, темна матерія повністю відсутня. Це додає ваги радикальній теорії формування галактик, відомій як сценарій зіткнення «карликових куль», яка впродовж останнього десятиліття була суперечливою ідеєю.
Сильно розріджена галактика без темної матерії
Ще у 2018 році доктор ван Доккум та його команда опублікували ще одну наукову роботу, в якій детально описували ультрадифузну галактику NGC 1052-DF2 (DF2). Ця галактика була розміром із Чумацький Шлях, але містила в 500 разів менше світил. Вона була настільки розрідженою, що крізь неї буквально просвічувалися інші старі галактики. І це було першою підказкою про те, що галактики можуть існувати без темної матерії, яка їх утримує.
Відкриття галактики DF2 довело, що темна матерія є окремою фізичною субстанцією, яку можна відокремити від звичайної матерії. Це стало серйозним ударом для модифікованої ньютонівської динаміки (MOND), яка була розроблена для пояснення того, чому зорі на зовнішніх краях галактик рухаються занадто швидко. MOND припускає, що при надзвичайно низьких прискореннях, таких як ті, що відчувають зорі на краю галактики, гравітація діє трохи сильніше, ніж очікується.
Невідповідність побаченого з теорією MOND
Сама теорія MOND намагається описати закон природи, тоді як теорія темної матерії розв’язує ту саму проблему, але за допомогою фізичної субстанції. Галактика DF2 стала чудовим полігоном для порівняльного тестування цих двох теорій. Згідно з MOND, у дифузній галактиці, такій як DF2, мала б проявитися підвищена гравітація, яку ця теорія передбачає для середовищ із низьким внутрішнім прискоренням. Отже, якби теорія MOND була правильною, зорі DF2 рухалися б набагато швидше, ніж це можна було б пояснити їхньою видимою масою.
Але дослідники побачили зовсім інше. Вони виявили, що галактики рухаються з повільною швидкістю, що цілком пояснюється класичною, немодифікованою ньютонівською динамікою. Отже, відкриття DF2 поставило MOND перед фатальним парадоксом. Якщо MOND є фундаментальним законом фізики, він повинен поширюватися на всю матерію — галактика не може просто «вийти» з-під дії законів гравітації. Але «нормальна» гравітація, спостережувана в DF2, довела, що «додаткова гравітація», яка спостерігається в інших галактиках, не є універсальним правилом.
Як це зазвичай буває, коли нові дані подаються до наукової дискусії, виникло багато розбіжностей. Було опубліковано кілька статей, які ставили під сумнів розрахунки відстані до DF2, що могло б пояснити, чому її зорі рухалися саме так. Але потім телескоп Hubble підтвердив відстань. Навіть більше, доктор ван Доккум і його команда знайшли ще одну галактику. Відома як DF4, вона утворила щільний лінійний «хвіст» разом із DF2 і має багато спільних властивостей.
Ця остання стаття, в якій представлений об’єкт NGC 1052-DF9 (DF9), що розташований саме у «хвості» між DF2 і DF4, підтверджує цю закономірність. На цей момент дані однозначно вказують на ланцюжок ультрадифузних галактик, у яких, схоже, просто відсутня темна матерія. Тож постає питання: чому в них немає темної матерії?
Альтернативна теорія «карликових куль»
На думку дослідницької групи, найімовірнішим поясненням є теорія зіткнення «карликових куль». По суті, це те, що відбувається, коли дві галактики зіштовхуються з величезною швидкістю. Слід між DF2, DF4 і DF9 переконливо свідчить про те, що всі вони утворилися в результаті єдиної катастрофічної події. І ця подія, найімовірніше, є зіткненням «карликових куль».
Уявіть собі дві багаті на газ карликові галактики, що мчать назустріч одна одній. Оскільки темна матерія взаємодіє лише через гравітацію, її гало, які утримують ці галактики разом, просто проходять крізь одне одного, наче привиди. Натомість звичайна матерія — у цьому випадку гігантські газові хмари — під час потужного зіткнення справді стикається. У результаті газ відокремлюється від темної матерії, спричиняючи інтенсивний сплеск зореутворення й залишаючи після себе ланцюжок галактик, повністю позбавлених темної матерії.
Відсутність темної матерії в DF9, як і передбачала теорія зіткнення «карликових куль», стала вагомим аргументом на її користь. Але, схоже, це ще не останнє підтвердження. Далі команда сподівається виміряти кінематику четвертої або п’ятої галактик у цьому ланцюжку, хоча що далі вони розташовані, то слабкіший сигнал дають. Наразі ж DF9 є свідченням не лише існування темної матерії, а й того, наскільки екстремальними та бурхливими можуть бути процеси формування галактик у Всесвіті.
За матеріалами phys.org
