Светлая галактика в центре темного спора

Другие ученые позже утверждали, что это была ошибка вычислений, но теперь первоначальная команда использовала Хаббл для более надежных наблюдений и подтвердила свои выводы.

Новое исследование - последний эпизод в давней саге, которая действительно иллюстрирует действующий научный метод. В 2018 году группа астрономов из Йельского университета объявила об открытии DF2 - карликовой галактики, в которой нет темной материи или, по крайней мере, очень мало темной материи. Это вызвало новые вопросы о том, как галактика вообще могла образоваться без этого важного клея, скрепляющего ее.

В следующем году независимая группа проверила работу команды Йельского университета и провела собственный анализ, сделав вывод, что в DF2 нормальное количество темной материи. И теперь первоначальная команда изучила галактику более подробно и говорит, что они были правы с первого раза - DF2 испытывает дефицит темной материи. Так что же происходит на самом деле?

Несоответствие сводится к расстоянию. Все измерения содержания темной материи в галактике зависят от того, насколько далеко галактика находится от Земли, и это основная разница, о которой спорят две команды.

Первоначальное исследование показало, что DF2 находится на расстоянии около 64 миллионов световых лет от нас, основываясь на флуктуациях поверхностной яркости, которые измеряют дисперсию в распределении света звезд. Из этого они смогли сделать вывод о массе галактики и обнаружили, что видимые звезды составили почти всю ее массу. Для темной материи не оставалось «места».

Во втором исследовании астрономы из Института астрофизики Канарских островов (IAC) в Испании пересмотрели это расстояние до 42 миллионов световых лет. Они использовали пять различных методов, чтобы получить эту цифру, и обнаружили, что галактика намного ближе, но содержит меньше звезд. Когда галактика была повторно исследована с учетом этого, выяснилось, что на ее звезды приходится около четверти ее массы, что указывает на нормальное соотношение обычной материи к темной.

И теперь первоначальная команда Йельского университета вернулась к чертежной доске, собирая больше данных, чтобы попытаться более точно измерить расстояние DF2 и содержание темной материи. Астрономы использовали данные Хаббла на 40 орбитах, чтобы сделать снимки галактики с более длительной экспозицией и обеспечить более глубокое изображение.

В частности, команда сосредоточилась на красных звездах-гигантах на окраинах DF2. Эти стареющие звезды обладают собственной яркостью, что позволяет астрономам определять, насколько они далеко, измеряя их видимую яркость. Этот метод называется вершиной ветви красных гигантов (TRGB) и считается одним из самых точных.

Исследователи из Йельского университета говорят, что метод TRGB не только подтверждает их первоначальное открытие, что в DF2 очень мало темной материи, но и по пересмотренное расстояние составляет примерно 72 миллиона световых лет от нас - даже дальше, чем их предыдущая оценка.

По расчетам, DF2 почти такого же размера, как Млечный Путь, но гораздо более рассеянный, содержащий только 0,5 % звезд и самое большее 0,25 % темной материи.

В этой истории есть еще одна необычная деталь. Метод TRGB был одним из тех, которые использовались командой IAC, чтобы прийти к выводу, что галактика намного ближе. Как эти две команды достигли совершенно разных результатов, еще предстоит увидеть, и это оставляет возможность для дальнейших контраргументов.

Если DF2 действительно окажется свободной от темной материи, это будет иметь серьезные последствия для космологии. Во-первых, это могло быть исключением, подтверждающим правило - если темная материя была просто математическим недоразумением, как предполагалось, то та же самая ошибка должна относиться равномерно к каждой наблюдаемой галактике. Обнаружение того, что имеет небольшое количество темной материи, добавляет доказательства, что это физическое вещество, которое может присутствовать в различных количествах.

Но это вызывает другие вопросы. Считается, что гравитационное притяжение темной материи играет ключевую роль в формировании галактик, так как же DF2 образовалась без него? Одно недавнее исследование предлагает объяснение: DF2 и DF4 (соседняя карликовая галактика, которая также довольно светлая), возможно, лишилась своей темной материи из-за приливных сил соседней гораздо большей галактики.

Ученые говорят, что будущие исследования должны быть сосредоточены на поиске других галактик, у которых нет темного сердца, что могло бы помочь раскрыть тайны.

Исследование было опубликовано в Astrophysical Journal Letters.