Астрономы обнаружили массивную галактику, в которой нет темной материи

Согласно современным космологическим моделям, темная материя составляет примерно 85% массы Вселенной. Хотя продолжающиеся усилия по изучению этой таинственной невидимой массы не дали прямых доказательств, астрофизики смогли измерить ее влияние, наблюдая ореолы темной материи, гравитационные линзы и влияние общей теории относительности на крупномасштабные космические структуры.

Однако теперь ученые обнаружили массивную галактику, в которой почти нет темной матери. Ее заметила группа астрономов во главе с сотрудниками Института астрофизики Канарских островов (IAC) при наблюдении за NGC 1277.

Эта линзообразная галактика, расположенная на расстоянии 240 миллионов световых лет от нас в созвездии Персея, в несколько раз массивнее Млечного Пути.

Впервые была обнаружена массивная галактика, в которой нет признаков темной материи, что является серьезной проблемой для нынешних космологических моделей.

Согласно Стандартной модели космологии — Модели Лямбда-CDM (ΛCDM) — темная материя играла неотъемлемую роль в формировании и эволюции вселенной (и играет до сих пор).

Теоретически эта невидимая масса существовала уже вскоре после Большого взрыва и образовывала ореолы, которые привлекали нейтральный газообразный водород в вращающиеся диски. Этот газ втягивался во все более и более плотные облака, вызывая образование первых галактик и звезд.

Сегодня темная материя является основным компонентом всех массивных галактик и проявляется в их кривых вращения, линзах, которые они создают, и их взаимодействиях с окружающими звездами и межгалактической средой (МГС).

Однако, когда команда ученых измерила распределение массы NGC 1277, они наблюдали только ее распределение в звездах. Из этого они сделали вывод, что темная материя не может составлять более 5% массы галактики в пределах наблюдаемого радиуса, хотя их наблюдения показали, что темной материи там может вообще не быть.

«Этот результат не согласуется с принятыми в настоящее время космологическими моделями, которые включают темную материю. Важность реликтовых галактик, помогающих нам понять, как образовались первые галактики, была причиной, по которой мы решили наблюдать NGC 1277 с помощью спектрографа интегрального поля. Из спектров мы сделали кинематические карты, которые позволили нам определить распределение массы внутри галактики в радиусе около 20 000 световых лет» — говорят исследователи.

В своей статье команда описывает NGC 1277 как прототип «реликтовой галактики», очень редкого класса, который не взаимодействует с соседними галактиками. Считается, что эти галактики являются остатками гигантских галактик, образовавшихся вскоре после Большого взрыва.

Однако модель ΛCDM предсказывает, что на темную материю должно приходиться не менее 10% массы таких галактик, как NGC 1277, и до 70% для этого конкретного типа. По словам соавтора работы Анны Ферре-Мате, исследователя IAC и ULL, этому несоответствию есть два возможных объяснения:

«Одно из них заключается в том, что гравитационное взаимодействие с окружающей средой внутри скопления галактик, в котором находится эта галактика, вытеснило темную материю. Другое заключается в том, что темная материя была вытеснена из системы, когда галактика сформировалась в результате слияния протогалактических фрагментов, что привело к возникновению реликтовой галактики».

Однако ни одно из этих объяснений не является полностью удовлетворительным с точки зрения ученых.

В ближайшем будущем команда планирует продолжить расследование этой тайны, проведя наблюдения с помощью инструмента WHT Enhanced Area Velocity Explorer (WEAVE) на телескопе Уильяма Гершеля (WHT), расположенном в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос на острове Ла-Пальма.

Если измерения WEAVE подтвердят, что у NGC 1277 нет темной материи, это поставит под сомнение альтернативные модели темной материи, а именно теории, в которых гравитация видоизменяется, а большая часть гравитационного притяжения внутри галактик связана с небольшим изменением закона гравитации в больших масштабах. «Хотя темная материя в конкретной галактике может быть потеряна, модифицированный закон гравитации должен быть универсальным, он не может иметь исключений, так что галактика без темной материи является опровержением такого рода альтернатив темной материи», — отмечают исследователи.

Наблюдения также могут пролить свет на особенно огромную Сверхмассивную черную дыру (СМЧД) в галактике, масса которой составляет примерно 17 миллиардов солнечных масс, или в 4250 раз больше массы Стрельца A* (СМЧД в центре Млечного Пути).

По мнению некоторых астрономов, черные дыры могут быть источником темной материи. Есть также загадка галактик темной материи, как любопытный случай с FAST J0139+4328, которая почти полностью состоит из нее.

Миссии следующего поколения, такие как космические телескопы Euclid и Nancy Grace Roman, также предоставят новую информацию, исследуя расширение космоса после Большого взрыва. Эти наблюдения направлены на измерение влияния Темной Материи (и Темной Энергии ) в самых больших космических масштабах.

Результаты этих и других исследований разрешат продолжающиеся дебаты, обнаружив, что либо существует таинственная невидимая масса, либо наше понимание гравитации (описанное общей теорией относительности) нуждается в пересмотре.