Странные галактики могут помочь понять темную материю

Большая часть массы в любой галактике невидима, она состоит из вещества, которое мы называем темной материей. Но в последние годы астрономы сделали загадочное открытие двух странных галактик, в которых почти нет темной материи. Новое исследование предложило объяснение этой загадки — более крупная соседняя галактика уносит ее прочь.

Идея о том, что Вселенная содержит огромное количество невидимой материи, восходит к 1930-м годам, когда астрофизики наблюдали, что далекие галактики движутся намного быстрее, чем должна позволять их видимая масса. Они предположили, что масса должна быть намного больше, чем они могли видеть, и этот дополнительный материал был назван «темной материей».

В последующие десятилетия доказательства существования темной материи постоянно появлялись в астрономических наблюдениях, хотя она сама по-прежнему ускользает от обнаружения. Но одними из самых убедительных доказательств, подтверждающих эту идею, на самом деле было отсутствие темной материи.

В 2018 году астрономы объявили об удивительном открытии NGC 1052-DF2 (или DF2), карликовой галактики, почти не содержащей темной материи. Ее видимого вещества было достаточно, чтобы объяснить относительно медленное движение ее звездных скоплений. В следующем году обнаружилась еще одна такая же легкая галактика, NGC 1052-DF4 (или DF4).

Эти открытия могут оказаться исключением, подтверждающим правило. В конце концов, один из главных аргументов против темной материи состоит в том, что это фундаментальный просчет, а наши модели ошибочны. Но если бы это было так, те же самые ошибки должны относиться ко всем галактикам.

Теперь новое исследование изучает, куда могла уйти темная материя из этих галактик. DF2 и DF4 — это галактики-спутники, вращающиеся вокруг гораздо большей галактики под названием NGC 1052, и астрономы предполагают, что галактические приливные силы переносят массу со спутников в более крупную галактику.

«Принято считать, что темная материя доминирует над общей массой галактики», — говорит Хай-Бо Ю, ведущий исследователь исследования.

«Наблюдения за NGC 1052-DF2 и -DF4 показывают, однако, что отношение их темной материи к их звездным массам составляет около единицы, что в 300 раз ниже ожидаемого. Чтобы устранить это несоответствие, мы посчитали, что гало DF2 и DF4 могут терять большую часть своей массы из-за приливных взаимодействий с массивной галактикой NGC 1052».

Ученые смоделировали взаимодействия между тремя галактиками, используя два предложенных типа темной материи. Механика этого процесса, кажется, работает как объяснение недостатков темной материи в DF2 и DF4, но тут есть интригующий вывод.

В настоящее время ведущая модель темной материи предполагает, что она «холодная», то есть частицы темной материи движутся медленно и не очень сильно взаимодействуют друг с другом. Но более поздняя теория предполагает, что вещество сильно взаимодействует с самим собой через новую «темную» силу. Обе идеи объясняют крупномасштабную структуру космоса, но имеют разные последствия для темной материи в ядрах галактик.

Моделируя карликовые галактики с обоими типами темной материи, исследователи обнаружили, что приливное взаимодействие может работать в обоих случаях, но с самовзаимодействующей темной материей это намного проще. Это связано с тем, что эти взаимодействия вытолкнут больше частиц темной материи из центра галактик во внешние области, где ее можно будет легче удалить.

«Типичный ореол холодной темной материи остается слишком массивным во внутренних областях даже после приливной эволюции», — говорит Хай-Бо Ю.

Но в этой истории есть еще одна загадка. Другое исследование показало, что в DF2 нет недостатка в темной материи — все расхождения произошли из-за неверных расчетов расстояния до галактики.

Как бы то ни было, астрономы планируют более подробно изучить всю систему галактик NGC 1052, чтобы найти новые ключи к разгадке тайны темной материи.

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.