Астрономы уже давно утверждают, что темная материя — это невидимый каркас, который удерживает галактики вместе. Без ее огромного гравитационного притяжения вращательные движения галактик заставили бы их просто разлететься на куски. Но теперь ученые обнаружили цепочку галактик, в которых, судя по всему, темная материя полностью отсутствует. Это придает вес радикальной теории формирования галактик, известной как сценарий столкновения «карликовых шаров», которая на протяжении последнего десятилетия была спорной идеей.
Сильно разреженная галактика без темной материи
Еще в 2018 году доктор Ван Доккум и его команда опубликовали еще одну научную работу, в которой подробно описывали ультрадиффузную галактику NGC 1052-DF2 (DF2). Эта галактика была размером с Млечный Путь, но содержала в 500 раз меньше звезд. Она была настолько разрежена, что сквозь нее буквально просвечивались другие старые галактики. И это было первой подсказкой о том, что галактики могут существовать без удерживающей их темной материи.
Открытие галактики DF2 показало, что темная материя является отдельной физической субстанцией, которую можно отделить от обычной материи. Это явилось серьезным ударом для модифицированной ньютоновской динамики (MOND), которая была разработана для объяснения того, почему звезды на внешних краях галактик двигаются слишком быстро. MOND предполагает, что при чрезвычайно низких ускорениях, таких как те, которые испытывают звезды на краю галактики, гравитация действует немного сильнее, чем ожидается.
Несоответствие увиденного с теорией MOND
Сама теория MOND пытается описать закон природы, тогда как теория темной материи решает ту же проблему, но с помощью физической субстанции. Галактика DF2 стала отличным полигоном для сравнительного тестирования этих двух теорий. Согласно MOND, в диффузной галактике, такой как DF2, должна проявиться повышенная гравитация, которую эта теория предусматривает для сред с низким внутренним ускорением. Следовательно, если бы теория MOND была правильной, звезды DF2 двигались бы гораздо быстрее, чем это можно было бы объяснить их видимой массой.
Но исследователи увидели совсем другое. Они обнаружили, что галактики двигаются с медленной скоростью, что вполне объясняется классической, немодифицированной ньютоновской динамикой. Поэтому открытие DF2 поставило MOND перед роковым парадоксом. Если MOND является фундаментальным законом физики, он должен распространяться на всю материю — галактика не может просто выйти из-под действия законов гравитации. Но «нормальная» гравитация, наблюдаемая в DF2, доказала, что «дополнительная гравитация», наблюдаемая в других галактиках, не является универсальным правилом.
Как это обычно бывает, когда новые данные приводятся в научную дискуссию, возникло много разногласий. Было опубликовано несколько статей, которые подвергали сомнению расчеты расстояния до DF2, что могло бы объяснить, почему ее звезды двигались именно так. Но потом телескоп Hubble подтвердил расстояние. Более того, доктор ван Доккум и его команда обнаружили еще одну галактику. Известная как DF4, она образовала плотный линейный «хвост» вместе с DF2 и обладает многими общими свойствами.
Эта последняя статья, в которой представлен объект NGC 1052-DF9 (DF9), расположенный именно в «хвосте» между DF2 и DF4, подтверждает эту закономерность. Данные однозначно указывают на цепочку ультрадиффузных галактик, в которых, похоже, просто отсутствует темная материя. Поэтому возникает вопрос: почему в них нет темной материи?
Альтернативная теория «карликовых шаров»
По мнению исследовательской группы, вероятным объяснением является теория столкновения «карликовых шаров». По сути, это происходит, когда две галактики сталкиваются с огромной скоростью. След между DF2, DF4 и DF9 убедительно свидетельствует о том, что все они образовались в результате единого катастрофического события. И это событие, скорее всего, столкновение «карликовых шаров».
Представьте себе две богатые газом карликовые галактики, мчащиеся навстречу друг другу. Поскольку темная материя взаимодействует исключительно посредством гравитации, ее галло, удерживающие эти галактики вместе, просто проходят сквозь друг друга, словно призраки. Зато обычная материя — в данном случае гигантские газовые облака — во время мощного столкновения действительно соприкасается. В результате газ отделяется от темной материи, вызывая интенсивный всплеск звездообразования и оставляя после себя цепочку галактик, полностью лишенных темной материи.
Отсутствие темной материи в DF9, как и предсказывала теория столкновения «карликовых шаров», стало весомым аргументом в ее пользу. Но, похоже, это еще не последнее подтверждение. Далее команда надеется измерить кинематику четвертой или пятой галактик в этой цепочке, хотя чем дальше они расположены, тем слабее сигнал дают. На данный момент DF9 является свидетельством не только существования темной материи, но и того, насколько экстремальными и бурными могут быть процессы формирования галактик во Вселенной.
По материалам phys.org
