Prawie niewidzialna galaktyka podważa paradygmat ciemnej materii

Grupa astrofizyków pod przewodnictwem Mirei Montes, badaczki z Instytutu Astrofizyki Wysp Kanaryjskich (IAC), odkryła największą i najbardziej rozpowszechnioną galaktykę zarejestrowaną do tej pory. Badanie opublikowano w czasopiśmie Astronomia i astrofizykaWykorzystano dane uzyskane przez Gran Telescopio Canarias (GTC) i Radioteleskop Green Bank (GBT).

Nube to prawie niewidoczna galaktyka karłowata odkryta przez międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez Instytut Astrofizyki Wysp Kanaryjskich (IAC) we współpracy z Uniwersytetem La Laguna (ULL) i innymi instytucjami.

Nazwę zaproponowała 5-letnia córka jednego z badaczy grupy i wynika z rozprzestrzeniającego się wyglądu ciała. Jej jasność powierzchniowa jest tak słaba, że ​​przeszła niezauważona w różnych wcześniejszych badaniach tej części nieba, jakby była jakimś duchem. Dzieje się tak dlatego, że jej gwiazdy są tak duże, że „Nube” (po hiszpańsku „chmura”) była prawie niewykrywalna.

Ta nowo odkryta galaktyka posiada zestaw specyficznych właściwości, które odróżniają ją od znanych wcześniej obiektów. Zespół badawczy szacuje, że Nobi jest galaktyką karłowatą dziesięć razy słabszą od innych tego typu, ale także dziesięć razy masywniejszą od innych obiektów zawierających podobną liczbę gwiazd. Aby pokazać, co to oznacza każdemu, kto zna się trochę na astronomii, ta galaktyka jest około jednej trzeciej wielkości galaktyki droga MlecznaAle jego masa jest podobna do masy Małego Obłoku Magellana.

Zdjęcie Galaktyki Nubii widzianej przez różne teleskopy. Źródło: SDSS/GTC/IAC

„Przy naszej obecnej wiedzy nie rozumiemy, jak mogła istnieć galaktyka o tak ekstremalnych właściwościach” – wyjaśnia Mireya Montes, pierwsza autorka artykułu, badaczka w IAC i ULL.

Drugi autor artykułu, Ignacio Trujillo, od kilku lat prowadzi analizy na podstawie obrazów SDSS (Cyfrowy przegląd nieba Sloana), specyficzny pas nieba, w ramach projektu Legado del IAC Stripe 82. W jednym z przeglądów danych zauważyli słabą plamę, która wyglądała na tyle interesująco, że rozpoczęto projekt badawczy.

Następnym krokiem było wykorzystanie wielobarwnych, bardzo głębokich zdjęć z Gran Telescopio Canarias (GTC), aby potwierdzić, że ta plama na skanie nie była jakimś błędem, ale obiektem bardzo rozpowszechnionym. Ze względu na jego słabość trudno jest określić dokładną odległość Nobby'ego. Korzystając z obserwacji uzyskanych za pomocą Teleskopu Green Bank (GBT) w Stanach Zjednoczonych, naukowcy oszacowali odległość Nobi na 300 milionów lat świetlnych, pomimo nadchodzących obserwacji przy użyciu radioteleskopu Very Large Array (VLA) i Teleskopu Optycznego Williama Herschela. (WHT) w Obserwatorium Roque de los Muchachos na La Palmie powinno pomóc im wykazać, czy odległość ta jest prawidłowa. „Jeśli galaktyka okaże się bliżej, nadal będzie to bardzo dziwny obiekt i będzie stanowić poważne wyzwanie dla astrofizyki” – komentuje Ignacio Trujillo.

Czy istnieje kolejne wyzwanie dla obecnego modelu ciemnej materii?

Ogólna zasada jest taka, że ​​galaktyki mają znacznie większą gęstość gwiazd w swoich wewnętrznych obszarach i że gęstość ta gwałtownie maleje wraz ze wzrostem odległości od centrum. Montes twierdzi jednak, że w Nobi „gęstość gwiazd zmienia się bardzo nieznacznie w całym obiekcie, dlatego jest on tak słaby i nie mogliśmy go dobrze obserwować, dopóki nie otrzymaliśmy bardzo głębokich zdjęć z GTC”. „

Galaktyka Nubii. Rysunek jest połączeniem obrazu kolorowego i obrazu czarno-białego, do wyboru tła. Źródło: GTC/Mireya Montes

Nowicjusz zaskoczył astronomów. Na pierwszy rzut okaZespół wyjaśnia, że ​​nie ma żadnych interakcji ani innych oznak wskazujących na jego dziwne właściwości. Symulacje kosmologiczne nie są w stanie odtworzyć jego „ekstremalnych” właściwości, nawet w oparciu o różne scenariusze. „Pozostaliśmy bez realnego wyjaśnienia w ramach obecnie akceptowanego modelu kosmologicznego, jakim jest model zimnej ciemnej materii” – wyjaśnia Montes.

Model zimnej ciemnej materii może odtworzyć wielkoskalowe struktury we wszechświecie, ale istnieją scenariusze na małą skalę, takie jak Nobby’ego, w przypadku których nie może zapewnić dobrej odpowiedzi. Pokazaliśmy, że różne modele teoretyczne nie są w stanie tego odtworzyć, co czyni go jednym z najbardziej ekstremalnych przypadków znanych dotychczas. „Możliwe, że dzięki tej galaktyce i podobnym galaktykom, które możemy znaleźć, znajdziemy dodatkowe dowody, które otworzą nowe okno na zrozumienie wszechświata” – komentuje Montes.

„Jedną z atrakcyjnych możliwości jest to, że niezwykłe właściwości Nube pokazują nam, że cząstki tworzące ciemną materię mają bardzo małą masę” – mówi Ignacio Trujillo. Jeśli tak, niezwykłe właściwości tej galaktyki posłużyłyby jako dowód na właściwości fizyki kwantowej, ale w skali galaktycznej. Konkluduje: „Jeśli ta hipoteza się potwierdzi, będzie to jeden z najpiękniejszych przejawów natury, jednoczący świat mniejszego ze światem większego”.

Odniesienie: „Ciemna galaktyka mniej więcej o masie Małego Obłoku Magellana” autorstwa Mireya Montes, Ignacio Trujillo, Ananthan Karunakaran, Raul Infante-Saenz, Christine Speeks, Giulia Giulini, Michael Beasley, Maria Ciprian, Nocchia Ciampa, Mauro D'Onofrio, Lee Kelvin i Javier Roman, 9 stycznia 2024 r., Astronomia i astrofizyka.
doi: 10.1051/0004-6361/202347667