shutterstock_140731432_sized.0.jpg

В миллионах световых лет от Земли есть галактика, которая полностью лишена темной материи — таинственного невидимого материала, который, как считается, пронизывает всю Вселенную. Вместо этого галактика, похоже, состоит из простой материи, которая есть в звездах, планетах и газопылевых облаках. Это делает эту галактику редкой находкой, и ее открытие дает новые возможности для понимания того, как темная материя распространяется по всему космосу.

Никто точно не знает, что такое темная материя. Верный своему названию, материал не излучает свет, поэтому мы никогда не обнаруживали его напрямую. Однако все ученые знают, что она существует, на основе их наблюдений за движением галактик и звезд. Некоторое невидимое вещество воздействует на эти объекты в глубоком космосе, заполняя пространство между звездами и скоплениями галактик. И, похоже, этой материи действительно много. Полагают, что она составляет 27 процентов от всей массы и энергии Вселенной. Материя, которую мы можем видеть — атомы, которые составляют нас с вами — составляет всего 5 процентов.

Это не первый случай, когда кто-то утверждал, что нашел галактику с небольшим количеством темной материи. Но до сих пор любая другая галактика во Вселенной, которую мы изучали, имела свидетельства того, что в ней есть темная материя. На самом деле, темная материя считается самым распространенным материалом внутри галактик. Но эта содержит в 400 раз меньше темной материи, чем ожидали исследователи, основываясь на данных о ее массе и объеме. Эта галактика состоит из большого количества плотных звездных скоплений, так что там либо очень малое количество темной материи, либо ее вообще нет.

Это означает, что эта галактика должна была сформироваться таким уникальным способом, что она оказалась без каких-либо признаков темной материи. И это повышает вероятность того, что есть еще галактики, в которых мало темной материи. Возможно, существует широкий спектр того, сколько темной материи может иметь галактика. «Мы всегда думали, что где бы вы не видели звезды, вы всегда видите и темную материю», — говорит Питер ван Доккум, профессор астрономии и физики в Йельском университете. «Возможно, единственный способ сформировать галактику — иметь темную материю, но, видимо, вы также можете образовывать галактики и без ее помощи».

cl0024dark_hst_big.jpg
Изображение, полученное с космического телескопа «Хаббл», на котором видно кольцо темной материи, окружающее скопление галактик.

У ученых есть несколько идей о том, чем может быть темная материя, хотя доподлинно ничего не известно. Это может быть обычная материя, которую мы просто не можем видеть в силу ее небольшой яркости: например, нейтронные звезды — слабые остатки мертвых солнц. Или это могут быть коричневые карлики, огромные планетоподобные объекты, которые не настолько велики, чтобы стать полноценными звездами. Проблема в том, что эти объекты не являются чрезмерно многочисленными и не могут быть ответственными за всю темную материю, которую мы наблюдаем. Вместо этого была предложена иная идея, которая заключается в том, что темная материя состоит из мельчайших частиц, которые мы еще не обнаружили.

И, хотя мы не можем видеть темную материю, у астрономов есть различные трюки для ее обнаружения. Один из способов — наблюдать, как она искажает свет, приходящий к нам из глубокого космоса. Темная материя имеет свое собственное гравитационное притяжение, которое может изгибать свет, идущий от далеких галактик, что заставляет эти объекты выглядеть не так, как они выглядят на самом деле. Другой способ — измерить, как быстро движутся объекты внутри галактики или внутри кластеров галактик. Если они движутся относительно быстро, это означает, что в галактике намного больше массы, чем мы можем видеть, и наоборот (имеется ввиду то, что нужно что-то, что уравновесит центробежную силу, и лучше всего на эту роль подходит гравитация, которая как раз зависит от массы — прим. перев.). «Чем быстрее что-то движется, тем больше массы необходимо, чтобы все это было вместе», — говорит ван Доккум. «Иначе многие объекты просто разлетелись бы по космосу».

Метод, с помощью которого ван Доккум понял, что новая галактика достаточно необычна, был также несколько странным. Он и его команда использовали «фасеточный» телескоп Dragonfly в Нью-Мексико, чтобы наблюдать большие и тусклые галактики, которые избежали внимания других астрономов, возможно потому, что их звезды слишком далеки друг от друга, что затрудняет наблюдения за ними. Вот поэтому исследователи и наткнулись на эту галактику. NGC 1052-DF2 — именно так ее зовут — имеет размеры, сравнимые с нашей галактикой Млечный Путь, но при этом она имеет в 200 раз меньше звезд. И большая их часть находится близко друг к другу, в кластерах, которые, в свою очередь, находятся достаточно далеко друг от друга.

NGC1052_DF2_image.png

Затем исследователи измерили, как быстро двигаются десять из этих кластеров, и обнаружили, что они двигались очень медленно. Основываясь на этих низких скоростях, команда выяснила, что масса галактики получилась почти такая же, как и масса входящих в нее звезд. «Это определенно странно и очень интересно», — говорит Джоселин Монро, физик и эксперт по темной материи в Лондонском университете. «Мы никогда раньше не видели галактику, которая полностью состоит из обычного видимого материала».

Ван Доккум и его команда предоставили несколько возможных объяснений того, как могла появиться эта галактика. Возможно, она выросла из огромного облака газа, вокруг которого не было большого количества темной материи. Исследователи надеются продолжить ее изучение с помощью космического телескопа «Хаббл», чтобы больше узнать о том, как она могла образоваться.

Несмотря на то, что ее формирование является загадкой, эта галактика может помочь решить большую проблему для астрономов. Это звучит странно, но находка галактики без темной материи действительно помогает укрепить идею о том, что темная материя на самом деле существует. Некоторые эксперты утверждают, что, возможно, темная материя не является реальной, и странные движения галактик, ответственность за которые мы ей приписывали, на самом деле являются просто следствиями законов гравитации, которые работают не так, как мы думаем. Но если это так, то все галактики должны вести себя одинаково. Поэтому находка галактики, лишенной такого поведения, означает, что, вероятно, существует что-то, что ответственно за эффекты, которые мы видим во Вселенной.

«Следствием таких теорий является невозможность иметь галактику, которая выглядит так, будто в ней нет темной материи», — говорит Монро. «Поэтому [эта галактика] действительно интересна тем, что она должна исключать некоторые из этих идей».