Nowe dane z teleskopu Hubble’a wyjaśniają brak ciemnej materii

Brakującą ciemną materię w niektórych galaktykach można wytłumaczyć skutkami zakłócenia pływów: siłami grawitacji sąsiedniej masywnej galaktyki, dosłownie rozgrywającymi mniejszą galaktykę.

W 2018 roku międzynarodowy zespół naukowców korzystający z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a NASA / ESA i kilku innych obserwatoriów odkrył po raz pierwszy galaktykę w naszym kosmicznym sąsiedztwie, w której brakuje większości ciemnej materii. To odkrycie galaktyki NGC 1052-DF2 było zaskoczeniem dla astronomów, ponieważ zrozumiano, że ciemna materia jest kluczowym składnikiem obecnych modeli formowania się i ewolucji galaktyk. W rzeczywistości bez ciemnej materii pierwotny gaz nie miałby wystarczającego przyciągania grawitacyjnego, aby zaczął się zapadać i tworzyć nowe galaktyki. Rok później odkryto inną galaktykę, w której brakuje ciemnej materii, NGC 1052-DF4, co dodatkowo wywołało intensywne debaty wśród astronomów na temat natury tych obiektów.

Nowe dane

Teraz, nowe dane z teleskopu Hubble’a zostały wykorzystane do wyjaśnienia przyczyny braku ciemnej materii w NGC 1052-DF4.

Znajduje się ona 45 milionów lat świetlnych od nas.

Mireia Montesi przewodziła międzynarodowemu zespołowi astronomów do badania galaktyki przy użyciu głębokiego obrazowania optycznego. Odkryli, że brakującą ciemną materię można wyjaśnić skutkami zakłócenia pływowego. Siły grawitacyjne sąsiedniej masywnej galaktyki NGC 1035 rozrywają NGC 1052-DF4 na strzępy. Podczas tego procesu ciemna materia jest usuwana, podczas gdy gwiazdy odczują skutki interakcji z inną galaktyką na późniejszym etapie.

Do tej pory usuwanie ciemnej materii w ten sposób pozostawało niewidoczne dla astronomów, ponieważ można je obserwować jedynie za pomocą niezwykle głębokich zdjęć. Takie zajęcia mogą ujawniać niezwykle słabe cechy. „Użyliśmy teleskopu Hubble’a na dwa sposoby, aby odkryć, że NGC 1052-DF4 doświadcza interakcji” – wyjaśnił Montes. „Obejmuje to badanie światła galaktyki i rozmieszczenia gromad kulistych w galaktyce”.

Dzięki wysokiej rozdzielczości Hubble’a astronomowie mogli zidentyfikować populację gromady kulistej w galaktyce. 10,4-metrowy teleskop Gran Telescopio Canarias (GTC) oraz teleskop IAC80 zostały również wykorzystane do uzupełnienia obserwacji Hubble’a poprzez dalsze badanie danych.

„Nie wystarczy spędzić dużo czasu na obserwowaniu obiektu, ale uważne przetwarzanie danych jest niezbędne”. Wyjaśnił członek zespołu Raúl Infante-Sainz z Instituto de Astrofísica de Canarias w Hiszpanii. „Dlatego ważne było, abyśmy do przeprowadzenia tych badań użyli nie tylko jednego teleskopu, ale kilku (zarówno naziemnych, jak i kosmicznych). Dzięki wysokiej rozdzielczości Hubble’a możemy zidentyfikować gromady kuliste, a następnie za pomocą fotometrii GTC otrzymujemy właściwości fizyczne ”.

Przypuszczenia

Uważa się, że gromady kuliste powstają w epizodach intensywnego formowania się gwiazd, które ukształtowały galaktyki. Ich niewielkie rozmiary i jasność sprawiają, że są one łatwe do zaobserwowania.Dlatego są one dobrymi wskaźnikami właściwości ich macierzystej galaktyki. W ten sposób, badając i charakteryzując przestrzenne rozmieszczenie gromad w NGC 1052-DF4, astronomowie mogą uzyskać wgląd w obecny stan samej galaktyki. Wyrównanie tych gromad sugeruje, że są one „usuwane” z ich macierzystej galaktyki, co potwierdza wniosek, że następuje zakłócenie pływowe.

Badając światło galaktyki, astronomowie znaleźli również dowody na ogony pływowe, które są utworzone z materii oddalającej się od NGC 1052-DF4. To dodatkowo potwierdza wniosek, że jest to zdarzenie zakłócające. Dodatkowa analiza wykazała, że centralne części galaktyki pozostają nietknięte i tylko około 7% gwiezdnej masy galaktyki znajduje się w tych ogonach pływowych. Oznacza to, że ciemna materia, która jest mniej skoncentrowana niż gwiazdy, była wcześniej i preferencyjnie usuwana z galaktyki.

Dowody

„Ten wynik jest dobrym wskaźnikiem, że podczas gdy ciemna materia galaktyki została odparowana z układu, gwiazdy dopiero teraz zaczynają podlegać mechanizmowi zakłócenia”. Wyjaśnił członek zespołu Ignacio Trujillo z Instituto de Astrofísica de Canarias w Hiszpanii. „Z czasem NGC 1052-DF4 zostanie zniszczona przez duży system wokół NGC 1035.”

Odkrycie dowodów potwierdzających mechanizm zakłócenia pływowego, jako wyjaśnienia brakującej ciemnej materii w galaktyce nie tylko rozwiązało astronomiczną zagadkę, ale także przyniosło astronomom odetchnięcie z ulgą. Bez tego naukowcy musieliby zmienić nasze rozumienie praw grawitacji.

„To odkrycie pozwala pogodzić istniejącą wiedzę na temat formowania się i ewolucji galaktyk z najkorzystniejszym modelem kosmologicznym” – dodał Montes.