Аномальные галактики бросили вызов современным представлениям ученых

Группа астрономов Канады и США доказала существование аномальных галактик, в которых отсутствует тёмная материя. Ранее считалось, что наличие тёмной материи в крупных галактиках является обязательным. Результаты также бросают вызов альтернативной гравитации (модифицированной механики Ньютона), которые отрицают существование тёмной материи и её влияние на движение звезд в галактиках. Статья исследователей опубликована в The Astrophysical Journal Letters.

Недавние наблюдения показали, что в крупных галактиках с низкой светимостью (ультрадиффузные) NGC 1052-DF2 и NGC 1052-DF4, расположенных по соседству друг с другом, содержится низкое количество тёмной материи и мало ярких шаровых скоплений. Чтобы правильно интерпретировать эти данные, необходимо знать точное расстояние до галактик. Ранее учёные определили, что расстояние до NGC 1052-DF2 достигает около 20 мегапарсек (около 60 миллионов световых лет). Для этого они прибегли к методу вершины ветви красных гигантов (англ. tip of the red giant branch, TRGB), который заключается в идентификации телескопом «Хаббл» самых ярких звезд, относящихся к красным гигантам. Такие звезды на определенной стадии своего существования обладают одинаковой светимостью, поэтому по их относительной звёздной величине можно измерить расстояние до галактики, в которой они находятся.

Материалы по теме

В новой работе астрономы использовали один из основных инструментов космического телескопа Хаббл — камеру ACS (Advanced Camera for Surveys) — для идентификации орбит 40 красных гигантов во второй галактике DF4. Измерив расстояние до галактики методом TRGB, учёные получили значение около 22 мегапарсек. Такой результат исключает альтернативные интерпретации наблюдения малого количества тёмной материи, которые могли быть верны, если бы галактика находилась намного ближе (около 13 мегапарсек) и была бы, соответственно, меньше и менее яркой.

Более далёкое расстояние означает, что та часть галактики, что состоит из видимой (барионной) материи, более массивна, и влияние этой массы исчерпывающе объясняет движение звезд в DF4. Наоборот, в обычных галактиках, таких как Млечный Путь, на движение звезд влияет дополнительная скрытая масса, что и является доказательством присутствия тёмной материи. Лишенные тёмной материи массивные галактики представляют собой проблему для современной космологии, согласно которой скопления невидимого вещества сыграли решающую роль в формировании галактик и галактических скоплений. В то же время под ударом оказываются и представления, отвергающие тёмную материю и вводящие модифицированную теорию гравитации. Ультрадиффузные галактики DF2 и DF4 подтверждают справедливость законов Ньютона.

Новые данные показывают, что присутствие тёмной материи в галактиках вовсе не обязательно. Возможно, что в ходе своей эволюции ультрадиффузные галактики каким-то образом потеряли тёмную материю, например, в результате приливного взаимодействия с другими галактиками. Астрономы планируют продолжить поиск ультрадиффузных галактик, чтобы понять, как они образуются, насколько они распространены и какими свойствами обладают, что, в свою очередь, позволит уточнить стандартную космологическую модель.