Zagadka galaktyki bez ciemnej materii
Badania przeprowadzone przez międzynarodowy zespół naukowców dostarczyły pierwszych dowodów na istnienie masywnej galaktyki bez ciemnej materii. Wynik ten stanowi wyzwanie dla obecnego standardowego modelu kosmologicznego.
Wolna od ciemnej materii galaktyka NGC 1277, położona w pobliżu centrum gromady Perseusza, 240 milionów lat świetlnych od Ziemi.
Źródło: NASA, ESA oraz M. Beasley (IAC)
Zespół naukowców, kierowany przez Sebastiéna Comeróna z IAC i Uniwersytetu La Laguna (ULL), odkrył, że galaktyka NGC 1277 nie zawiera ciemnej materii. Jest to pierwszy przypadek, gdy masywna galaktyka (mając masę kilkakrotnie większą niż Droga Mleczna) nie wykazuje dowodów na istnienie tego niewidzialnego składnika Wszechświata. Wynik ten nie pasuje do obecnie akceptowanych modeli kosmologicznych, które uwzględniają ciemną materię – powiedział Comerón. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Astronomy and Astrophysics.
W aktualnym standardowym modelu kosmologicznym masywne galaktyki zawierają znaczne ilości ciemnej materii – rodzaju materii, która nie oddziałuje w taki sam sposób jak zwykła materia. Jedynym dowodem na jej istnienie jest silne przyciąganie grawitacyjne, które wywiera na gwiazdy i gaz w jej pobliżu, co można obserwować.
NGC 1277 jest prototypem „galaktyki reliktowej”, czyli galaktyki, która nie oddziałuje w żaden sposób ze swoimi sąsiadkami. Takie galaktyki są niezwykle rzadkie i uważane są za pozostałości gigantycznych galaktyk powstałych we wczesnych dniach istnienia Wszechświata.
Znaczenie galaktyk reliktowych w zrozumieniu, jak powstały pierwsze galaktyki, było powodem, dla którego zdecydowaliśmy się obserwować NGC 1277 za pomocą spektrografu pola – wyjaśnił Comerón. Na podstawie widm wykonaliśmy mapy kinematyczne, które pozwoliły nam opracować rozkład masy w galaktyce w promieniu około 20 000 lat świetlnych – dodaje.
Zespół odkrył, że rozkład masy w NGC 1277 wynika wyłącznie z rozkładu gwiazd. Na tej podstawie zdołali wywnioskować, że w obserwowanym promieniu nie może być więcej niż 5% ciemnej materii, chociaż obserwacje są zgodne z całkowitym brakiem tego składnika.
Jednakże, zgodnie z obecnymi modelami kosmologicznymi, przewidywana masa ciemnej materii w galaktyce NGC 1277 powinna wynosić co najmniej 10% całkowitej masy, a maksymalnie 70%. Ta rozbieżność między obserwacjami a oczekiwaniami stanowi zagadkę, a może nawet wyzwanie dla modelu standardowego – zauważył badacz Ignacio Trujillo, związany z IAC i ULL, który uczestniczył w analizie.
Artykuł przedstawia dwa potencjalne wyjaśnienia braku ciemnej materii w NGC 1277. Anna Ferré-Mateu, badaczka z IAC i ULL, która również brała udział w badaniu, komentuje te możliwości. Pierwsza z nich sugeruje, że oddziaływanie grawitacyjne z otaczającym ośrodkiem w gromadzie galaktyk, w której znajduje się ta galaktyka, mogło pozbawić ją ciemnej materii. Druga możliwość zakłada, że ciemna materia została wyparta z układu, gdy galaktyka uformowała się w wyniku połączenia fragmentów protogalaktyki, co doprowadziło do powstania galaktyki reliktowej.
Dla autorów badania żadne z tych wyjaśnień nie jest w pełni satysfakcjonujące. Zagadka, w jaki sposób masywna galaktyka może powstać bez ciemnej materii, pozostaje nierozwiązana – zaznacza Comerón. W celu dalszych badań nad tym tajemniczym zjawiskiem, zespół planuje przeprowadzić nowe obserwacje, wykorzystując instrument WEAVE zamontowany na Teleskopie Williama Herschela (WHT) w Obserwatorium Roque de los Muchachos na La Palmie.
Jeśli potwierdzi się wynik, że NGC 1277 nie zawiera ciemnej materii, wzbudzi to wątpliwości co do alternatywnych modeli ciemnej materii, a mianowicie teorii zakładających modyfikację grawitacji. Według tych teorii większa część przyciągania grawitacyjnego w galaktykach wynika z niewielkiej zmiany prawa grawitacji na dużych skalach.
Chociaż ciemna materia w konkretnej galaktyce może być nieobecna, zmodyfikowane prawo grawitacji musi działać uniwersalnie, nie mogą istnieć wyjątki. Dlatego też, galaktyka pozbawiona ciemnej materii przeczyłaby istnieniu tego typu alternatyw dla ciemnej materii – zauważa Trujillo.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
