Майже невидима галактика кидає виклик парадигмі темної матерії

Група астрофізиків під керівництвом Мірейї Монтес, дослідниці з Інституту астрофізики Канарських островів (IAC), виявила найбільшу та найпоширенішу галактику, зареєстровану на сьогодні. Дослідження було опубліковано в журналі Астрономія і астрофізикаВикористовувалися дані, отримані Gran Telescopio Canarias (GTC) і Green Bank Radio Telescope (GBT).

Нубе — майже невидима карликова галактика, відкрита міжнародною дослідницькою групою під керівництвом Інституту астрофізики Канарських островів (IAC) у співпраці з Університетом Ла-Лагуни (ULL) та іншими установами.

Назву запропонувала 5-річна донька одного з дослідників групи, і вона пояснюється розлогим виглядом тіла. Його поверхнева яскравість настільки слабка, що вона залишилася непоміченою в різних попередніх дослідженнях цієї частини неба, ніби це був якийсь привид. Це тому, що його зірки настільки розкидані, що “Нубе” (іспанською “хмара”) було майже неможливо помітити.

Ця нещодавно відкрита галактика має набір специфічних властивостей, які відрізняють її від раніше відомих об’єктів. Дослідницька група вважає, що Нобі є карликовою галактикою в десять разів слабшою за інші подібного типу, але також у десять разів масивнішою за інші об’єкти, що містять таку ж кількість зірок. Щоб показати, що це означає для будь-кого, хто трохи знає астрономію, ця галактика становить приблизно третину розміру галактики Чумацький шляхАле його маса схожа на масу Малої Магелланової Хмари.

Зображення галактики Нубія через різні телескопи. Авторство: SDSS/GTC/IAC

«З нашими поточними знаннями ми не розуміємо, як може існувати галактика з такими екстремальними властивостями», — пояснює Мірея Монтес, перший автор статті, дослідник IAC і ULL.

Протягом кількох років Ігнасіо Трухільо, другий автор статті, проводив аналіз на основі зображень SDSS (Sloan Digital Sky Survey), певна смуга неба, в рамках проекту Legado del IAC Stripe 82. В одному з оглядів даних вони помітили слабку ділянку, яка виглядала достатньо цікавою, щоб розпочати дослідницький проект.

Наступним кроком було використання багатоколірних, дуже глибоких зображень з Gran Telescopio Canarias (GTC), щоб підтвердити, що ця пляма в скануванні не є якоюсь помилкою, а дуже поширеним об’єктом. Через його слабкість важко визначити точну відстань Ноббі. Використовуючи спостереження, отримані за допомогою телескопа Грін-Бенк (GBT) у Сполучених Штатах, дослідники оцінили відстань до Нобі в 300 мільйонів світлових років, незважаючи на майбутні спостереження за допомогою радіотелескопа Very Large Array (VLA) і оптичного телескопа Вільяма Гершеля. (WHT) в обсерваторії Роке де лос Мучачос, Ла Пальма, має допомогти їм показати, чи правильна ця відстань. «Якщо галактика виявиться ближчою, вона все одно буде дуже дивним об’єктом і створить серйозні проблеми для астрофізики», — коментує Ігнасіо Трухільо.

Чи існує інший виклик для поточної моделі темної матерії?

Загальне правило полягає в тому, що галактики мають набагато більшу щільність зірок у своїх внутрішніх областях, і що ця щільність швидко зменшується зі збільшенням відстані від центру. Однак Монтес каже, що в Нобі «щільність зірок дуже мало змінюється по всьому об’єкту, тому вони такі слабкі, і ми не могли добре спостерігати за ними, поки не отримали дуже глибокі зображення від GTC». “

Галактика Нубія. Фігура являє собою комбінацію кольорового зображення та чорно-білого зображення для виділення фону. Авторство зображення: GTC/Mireya Montes

Новачок спантеличив астрономів. На перший поглядКоманда пояснює, що немає взаємодії чи інших ознак його дивних властивостей. Космологічне моделювання не в змозі відтворити його «екстремальні» властивості, навіть на основі різних сценаріїв. «Ми залишилися без життєздатного пояснення в рамках прийнятої на даний момент космологічної моделі, якою є модель холодної темної матерії», — пояснює Монтес.

Модель холодної темної матерії може відтворювати великомасштабні структури у Всесвіті, але існують маломасштабні сценарії, такі як сценарій Ноббі, для яких вона не може дати хорошої відповіді. Ми показали, як різні теоретичні моделі не можуть відтворити це, що зробило це одним із найбільш екстремальних випадків, відомих на сьогодні. «Цілком можливо, що завдяки цій галактиці та подібним галактикам, які ми можемо знайти, ми зможемо знайти додаткові докази, які відкриють нове вікно в розумінні Всесвіту», — коментує Монтес.

«Одна приваблива можливість полягає в тому, що незвичайні властивості Nube показують нам, що частинки, з яких складається темна матерія, мають дуже малу масу», — каже Ігнасіо Трухільо. Якщо так, то незвичайні властивості цієї галактики слугували б доказом властивостей квантової фізики, але в галактичному масштабі. Він робить висновок: «Якщо ця гіпотеза підтвердиться, це буде один із найпрекрасніших проявів природи, що об’єднує світ меншого зі світом більшого».

Довідка: «Темна галактика, маса якої приблизно дорівнює Малій Магеллановій Хмарі» Мірея Монтес, Ігнасіо Трухільо, Анантан Карунакаран, Рауль Інфанте-Саенц, Крістін Спікс, Джулія Джуліні, Майкл Бізлі, Марія Сіпріан, Ноккіа Чампа, Мауро Д'Онофріо, Лі Кельвін і Хав'єр Роман, 9 січня 2024 р. Астрономія і астрофізика.
doi: 10.1051/0004-6361/202347667