Trzecia galaktyka bez ciemnej materii. Zagadka NGC 1052 się pogłębia
Astronomowie z Yale ogłosili odkrycie trzeciej znanej galaktyki, która najwyraźniej nie zawiera ciemnej materii. Galaktyka karłowata NGC 1052-DF9 leży w tym samym wąskim, ustawionym niemal w linii prostej łańcuchu obiektów co dwie wcześniej zbadane osobliwości – DF2 i DF4 – co wzmacnia hipotezę, że wszystkie trzy powstały w jednym, gwałtownym zderzeniu galaktyk. Wyniki, uzyskane za pomocą teleskopu Kecka na Maunakea, opublikowano w czasopiśmie The Astrophysical Journal.
Galaktyki, które złamały zasadę
Ciemna materia to niewidoczna, nieoddziałująca elektromagnetycznie forma materii, która zdaniem większości astronomów stanowi rusztowanie grawitacyjne niemal każdej galaktyki – bez niej gwiazdy na obrzeżach dysków krążyłyby zbyt wolno, by galaktyka mogła zachować swój kształt. Dlatego gdy w 2018 roku zespół kierowany przez Pietera van Dokkuma z Yale ogłosił, że galaktyka NGC 1052-DF2 porusza się tak, jakby ciemnej materii w ogóle nie miała, wywołało to burzliwą dyskusję. Część badaczy sugerowała błąd pomiarowy lub kwestionowała samą metodę wyznaczania odległości do obiektu. Gdy podobną cechę wykazała druga galaktyka, DF4, van Dokkum i współpracownicy zauważyli coś jeszcze: obie leżą wzdłuż tej samej, zaskakująco prostej linii kilkunastu słabo świecących galaktyk w polu grupy NGC 1052, w gwiazdozbiorze Wieloryba. Symulacje komputerowe pokazały, że taki układ mógł powstać w wyniku scenariusza nazwanego zderzeniem karłowatego pocisku (ang. bullet dwarf) – miniaturowego odpowiednika słynnej Gromady Pocisk, w której zderzenie dwóch większych skupisk galaktyk rozdzieliło niegdyś materię widzialną od ciemnej.
DF9 dołącza do klubu wyjątków
Test tej hipotezy przyszedł ze strony Michaela Keima, doktoranta pracującego pod kierunkiem van Dokkuma. Podczas analizy danych zauważył, że obiekt wcześniej błędnie sklasyfikowany jako supermasywna czarna dziura w rzeczywistości jest kolejną słabo świecącą galaktyką karłowatą leżącą na tym samym łańcuchu – DF9. Aby zmierzyć jej masę, zespół wykorzystał instrument Keck Cosmic Web Imager (KCWI) na teleskopie Keck II, zbierając w ciągu dwóch nocy niemal jedenaście godzin ekspozycji. Pomiar prędkości gwiazd wewnątrz DF9 dał zaskakująco niską dyspersję prędkości – około 6,5 km/s, podczas gdy typowa galaktyka o takiej jasności powinna wykazywać wartość rzędu 24 km/s. Przełożyło się to na całkowitą masę rzędu 100–140 milionów mas Słońca – wartość w pełni tłumaczoną przez samą materię widzialną, bez miejsca na typowy, stukrotnie cięższy otaczający ją halo ciemnej materii.
Zderzenie, które rozdzieliło materię
Zgodnie z proponowanym scenariuszem miliardy lat temu doszło do bardzo szybkiego zderzenia dwóch bogatych w gaz galaktyk. Gaz, mniej podatny na bezwładność niż ciemna materia, został podczas zderzenia oderwany od swoich niewidocznych otoczek i wyrzucony do przestrzeni międzygalaktycznej, gdzie z czasem zapadł się grawitacyjnie, tworząc nowe, małe galaktyki złożone niemal wyłącznie z gwiazd. Tymczasem pierwotne halo ciemnej materii, nienaruszone zderzeniem, poleciało dalej swoją drogą. Taki mechanizm tłumaczyłby zarówno brak ciemnej materii w DF2, DF4 i DF9, jak i ich ułożenie niemal w idealnej linii – śladzie po torze lotu strzępów gazu wyrzuconych podczas kolizji. Niemal każda galaktyka we Wszechświecie jest zdominowana przez ciemną materię. Jednak DF2, DF4, a teraz i DF9 wydają się być niezwykłymi wyjątkami – skomentował Keim, dodając, że wyniki dostarczają jednych z najmocniejszych dotąd dowodów na wspólne, gwałtowne pochodzenie tej trójki.
Co dalej z łańcuchem NGC 1052
Potwierdzenie, że trzecia z rzędu galaktyka na tym samym łańcuchu nie posiada ciemnej materii, znacząco zawęża pole możliwych wyjaśnień alternatywnych wobec standardowego modelu kosmologicznego, w tym niektórych wariantów zmodyfikowanej dynamiki newtonowskiej. Badacze podkreślają jednak, że pomiar opiera się na sygnale bliskim granicy czułości instrumentu, dlatego zespół planuje kolejne obserwacje – między innymi przy użyciu nowego teleskopu Mothra, współtworzonego przez van Dokkuma i astronoma Roberto Abrahama z Uniwersytetu w Toronto. Celem będzie odnalezienie gazu, który mógł pozostać po pierwotnym zderzeniu; jego wykrycie i rozkład zgodny z przebiegiem łańcucha byłyby, zdaniem autorów, koronnym dowodem na wspólne, brutalne pochodzenie całej trójki galaktyk.
Źródła główne:
- M. A. Keim, P. van Dokkum, Z. Shen, S. Danieli, I. Pasha, A Third Galaxy Missing Dark Matter along a Trail of Galaxies in the NGC 1052 Field,
- W. M. Keck Observatory, komunikat prasowy Astronomers Discover Third Galaxy Without Dark Matter,
- Yale News, Third time’s the charm for a row of faint galaxies without dark matter
Źródła kontekstowe:
- Universe Today, „Astronomers Discover Another Galaxy With No Dark Matter”
- Scientific American, „Astronomers discover another galaxy seemingly devoid of dark matter”
Opracowanie: Agnieszka Nowak
