NGC 1052-DF9: grandinė galaktikų be tamsiosios materijos

Įsivaizduokite silpnų galaktikų grandinę, išdėstytą tarsi vėrinys tamsoje, bet karoliukai neturi to nematomo klijų, kurį ilgai manėme siejant galaktikas. Keista. Iššaukianti. Intriguojanti.

NGC 1052-DF9 yra naujausias to keisto eilių narys, esantis maždaug už 67 milijonų šviesmečių, ir prisijungia prie DF2 ir DF4 kaip galaktika, kurios vidinį judėjimą galima paaiškinti nenaudojant tamsiosios materijos. Ši nedidelė pastaba sugriauna didelį lūkesčių pagrindą: beveik kiekviena tiriama galaktika, regis, gyvena didžiuliame nematomos masės žiede, kuris maždaug penkis kartus sveria daugiau už įprastą materiją.

Kodėl trys kaimynės visos atrodo nusunktos savo tamsių atramų? Šis išsidėstymas per daug aiškus, kad jį būtų galima nurašyti atsitiktinumui. DF2 pirmą kartą nustebino astronomus 2018 m., o DF4 sekė 2019 m., abi sėdinčios toje pačioje siauroje erdvės srityje. Vėlesni tyrimai parodė, kad šie objektai yra dalis linijinės nykštukinių galaktikų grandinės, besitęsiančios nuo didesnės NGC 1052 sistemos, ir kad grandinės nariai juda kartu tarsi choreografuoti.

NGC 1052-DF9, trečioji galaktika, kurios judėjimą galima paaiškinti be tamsiosios materijos.

DF9 atrodė kaip perspektyviausias papildomas testas: panašaus dydžio, panašaus spindesio ir turinti palyginamą žvaigždžių spiečių sistemą. Kai tyrėjai, vadovaujami Michaelo Keimo ir Pieterio van Dokkumo, nukreipė į ją teleskopus ir spektreus, rezultatas atkartojo ankstesnes anomalijas. DF9 žvaigždės tiesiog neorbituoja taip, tarsi būtų įterptos į milžinišką tamsiojo halo.

Ši tamsiosios materijos neturtingų nykštukų grandinė yra retas natūralus laboratorijos pavyzdys tamsiosios materijos elgsenai tirti.

Viena vis labiau svarstyti verta hipotezė yra gyva ir smarki: vadinamoji smūginė-nykštukė. Įsivaizduokite dvi mažas galaktikas, judančias tiesiogiai viena kitos link. Dauguma žvaigždžių praeina viena pro kitą, atstumai tarp jų milžiniški, todėl žvaigždžių orbitos iš esmės lieka nepakitusios. Tamsioji materija daugelyje dalelių fizikos modelių elgiasi panašiai ir praslenka pro šalį. Tačiau dujos yra kolizioninės. Debesys smarkiai susiduria, išsklaido energiją ir sustoja.

Tos likusios dujos, atsilikusios nuo praslinkusių tamsiųjų halo, gali atvėsti ir suskaidyti į naujas žvaigždes. Laikui bėgant tokie dujomis turtingi likučiai gali kondensuotis į mažas galaktikas, kuriose santykinai trūksta tamsiosios materijos, nes tamsieji halo praėjo toliau. Simuliacijos rodo, kad šis procesas gali sukurti kompaktiškas, blankias sistemas, tokias kaip DF2, DF4 ir dabar DF9. Tai elegantiškas sprendimas, jei pradiniai susidūrimai ir sąlygos sutampa tinkamai.

Keistas silpnų galaktikų takas ir trys iki šiol ištirti objektai: DF2, DF4 ir DF9. Po arčiau Hubble DF9 vaizdo pateikiamas platesnis aplinkinio NGC 1052 regiono vaizdas, o raudonas langelis žymi sritį, kurioje buvo surinkti duomenys.

Be to, kad tai įdomi kilmės istorija, grandinė turi platesnių pasekmių. Jei šios nykštukės iš tiesų susiformavo po ekstremalaus susidūrimo, tai įrodymas palaiko tamsiąją materiją kaip fizinę medžiagą, t. y. daleles ar laukus, kurie juda nepriklausomai nuo barioninių dujų, o ne alternatyvias gravitacijos teorijas, siekiančias panaikinti tamsiosios materijos poreikį. Kitaip tariant, šios išimtys gali sustiprinti taisyklę.

Vis dėlto klausimų daugėja greičiau nei atsakymų. Kas sukėlė pradinius susidūrimus? Kaip dažnos tokios grandinės? Ar mūsų vaizdą gali iškreipti stebėjimo šališkumai? Komandos kinematiniai tyrimai, derinantys gilų DECaLS ir Hubble vaizdavimo duomenų rinkinį su precizine spektroskopija, susiaurino galimybes, bet dar neatskleidė aiškaus įrodymo.

Stebimųjų kosmologijai pasekmės yra konkrečios. Jei daugiau tamsiąją materiją stokojančių nykštukių bus rastos toje pačioje struktūroje, ir jei simuliacijos galės atkurti tiek jų išsidėstymą, tiek judėjimą, turėsime kontroliuojamą aplinką tirti tamsiosios materijos negrautinį elgesį arba dar labiau ją patikrinti, jei ji nesutaps su duomenimis. Teoretikams šie objektai yra retas atskaitos taškas: maži, palyginti paprasti dariniai, kur barioninės fizikos netvarka yra ribota ir tamsiosios materijos pėdsakai arba jų nebuvimas yra lengviau įskaitomi.

Nauji DF9 rezultatai buvo paskelbti žurnale Astrofizikos žurnalas ir pasirodė po eilės straipsnių, kurie palaipsniui pakeitė šią dangaus dalį iš įdomybės į bandymų lauką. Astronomai toliau ieškos kandidatų NGC 1052 regione ir vykdys didesnės skiriamosios gebos simuliacijas, kad patikrintų, ar smūginiai nykštukių susidūrimai ar koks nors kitas egzotiškas mechanizmas gali nuosekliai sukurti linijinę tamsiosios materijos stokojančių galaktikų grandinę.

O kas dabar? Toliau stebėti. Visata linkusi atskleisti paslaptis po vieną keistą atvejį, ir ši blanki išsišokusių nykštukių grandinė gali atskleisti daugiau apie nematomą kosmoso architektūrą nei tūkstantis įprastų galaktikų.