Μια νίκη για τη σκοτεινή ύλη σε έναν γαλαξία χωρίς κανένα

Οι αστρονόμοι έχουν παρατηρήσει εδώ και καιρό έναν αόρατο ελέφαντα στο δωμάτιο — τη λεγόμενη σκοτεινή ύλη, η οποία φαίνεται βαρύτερη από όλα τα ορατά αστέρια, το αέριο και τη σκόνη στο σύμπαν σε αναλογία 6 προς 1.

Αν και κανείς δεν ξέρει τι είναι στην πραγματικότητα η σκοτεινή ύλη, η παρουσία της έχει συναχθεί από τη βαρυτική της επίδραση στη συνηθισμένη ύλη σε γαλαξίες μετά από γαλαξίες — μέχρι τώρα. Οι αστρονόμοι βρήκαν έναν γαλαξία που φαίνεται να είναι απαλλαγμένος από σκοτεινή ύλη. Ο ισχυρισμός, αναφέρθηκε σήμερα στο περιοδικό Nature , θέτει υπό αμφισβήτηση την αποδεκτή σοφία σχετικά με το σχηματισμό γαλαξιών και, εάν επιβεβαιωθεί, μπορεί να βοηθήσει στην αποσαφήνιση της πραγματικής φύσης της σκοτεινής ύλης.

«Είναι πραγματικά πολύ άβολο. Δεν πρέπει να υπάρχει. δεν θα έπρεπε να είναι αληθινό», είπε για τον παράξενο γαλαξία η Marla Geha, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο Yale που δεν ήταν μέλος της ομάδας ανακάλυψης. "Όμως, αν κοιτάξετε τα δεδομένα, αυτό είναι το συμπέρασμα στο οποίο καταλήγετε."

Ο Γαλαξίας NGC 1052–DF2, μια ημιδιαφανής κηλίδα φωτός 65 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά στον αστερισμό του Κήτου, φιλοξενεί αστέρια αξίας περίπου 200 εκατομμυρίων Ήλιων και αμελητέες ποσότητες αερίου και σκόνης. Και αυτό είναι. Σύμφωνα με τη νέα μελέτη από τον αστρονόμο του Γέιλ, Pieter van Dokkum και τους συνεργάτες του, η ορατή ύλη του γαλαξία αντιπροσωπεύει ολόκληρη τη μάζα του, ένα συμπέρασμα κοινής λογικής που αποδεικνύεται βαθιά περίεργο.

Στις θεωρίες του σχηματισμού γαλαξιών, βαριές συστάδες σκοτεινής ύλης προσελκύουν πρώτα φωτεινά πράγματα σε αυτά, σπέρνοντας νέους γαλαξίες και δημιουργώντας ένα είδος σκελετού για ολόκληρο το ορατό σύμπαν. Οι παρατηρήσεις υποστηρίζουν αυτήν την εικόνα. Οι γαλαξίες στο μέγεθος του Γαλαξία μας, για παράδειγμα, φαίνεται να είναι φωλιασμένοι μέσα σε σύννεφα σκοτεινής ύλης περίπου 30 φορές βαρύτερα από όλα τα αστέρια τους μαζί. Ο NGC 1052–DF2, ένας μικρότερος γαλαξίας, θα πρέπει να έχει 400 φορές περισσότερη σκοτεινή ύλη από τα αστέρια, με βάση τις παρατηρήσεις δεκάδων συγκρίσιμων αντικειμένων. Αντίθετα, το νέο έγγραφο προτείνει, αυτό που βλέπετε στο NGC 1052–DF2 είναι αυτό που παίρνετε.

Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν για πρώτη φορά τον γαλαξία το 2000 ως μουντζούρα σε παλιές φωτογραφικές πλάκες. Αλλά πιο λεπτομερείς παρατηρήσεις από το Dragonfly Telephoto Array, ένα παρατηρητήριο σε στυλ DIY που συγκεντρώθηκε από φακούς κάμερας Canon για να μελετήσει αμυδρά, εκτεταμένα αντικείμενα στον ουρανό, τράβηξαν το ενδιαφέρον του van Dokkum και της ομάδας του. Πιο στενή μελέτη χρησιμοποιώντας το Sloan Digital Sky Survey, το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και το Παρατηρητήριο Keck στη Χαβάη αποκάλυψε ένα σμήνος φωτεινών σημείων.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα σημεία είναι πιθανώς σφαιρικά σμήνη, σφιχτές μπάλες αστεριών που βρίσκονται συχνά στις εξωτερικές περιοχές των γαλαξιών. Αυτά στο NGC 1052–DF2 είναι από μόνα τους μυστηριώδη:Πολλά είναι συγκρίσιμα σε φωτεινότητα με το Ωμέγα Κενταύρου, το ενιαίο φωτεινότερο σφαιρικό σμήνος στον Γαλαξία μας. Μετρώντας τις κινήσεις τους, οι αστρονόμοι μπορούσαν να υπολογίσουν τη μάζα του υλικού που περικλείεται στις τροχιές τους. Διαπίστωσαν ότι η σκοτεινή ύλη είτε είναι πολύ αραιή είτε δεν υπάρχει καθόλου.

Η ανάλυση του τι σημαίνει αυτό δεν είναι εύκολη, αλλά οδηγεί σε ένα σαφές, αν και αντιφατικό, συμπέρασμα, η ομάδα υποστηρίζει:«Οι εναλλακτικές λύσεις στη σκοτεινή ύλη έχουν πρόβλημα με αυτό το αντικείμενο», είπε ο van Dokkum.

Θεωρίες όπως η τροποποιημένη Νευτώνεια δυναμική και μια νέα ιδέα που ονομάζεται αναδυόμενη βαρύτητα προτείνουν ότι δεν υπάρχει σκοτεινή ύλη. Αντί οι γαλαξίες να γεμίζουν με μυστηριώδη αόρατα πράγματα, αυτές οι θεωρίες υποστηρίζουν ότι η βαρύτητα λειτουργεί διαφορετικά από ό,τι αναμενόταν στη γαλαξιακή κλίμακα, με τρόπο που μιμείται μόνο την παρουσία της σκοτεινής ύλης. Αλλά αν αυτό είναι αλήθεια, εξήγησε ο van Dokkum, τότε κάθε γαλαξίας θα πρέπει να υπακούει σε αυτούς τους διαφορετικούς νόμους της βαρύτητας και να μοιάζει σαν να περιέχει σκοτεινή ύλη, χωρίς εξαιρέσεις.

Οι θεωρίες που αμφισβητούν την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης θα πρέπει να εξηγήσουν τον νέο ισχυρισμό ότι ο γαλαξίας NGC 1052–DF2 επιβιώνει.

Αλλά αν η σκοτεινή ύλη είναι πραγματική, οι φυσικοί πρέπει ακόμα να εξηγήσουν πώς διαχωρίστηκαν από αυτήν τα αστέρια του NGC 1052–DF2. Ο γαλαξίας βρίσκεται στο ένα άκρο δύο άκρων, το άλλο αγκυροβολημένο από το Dragonfly 44, έναν άλλο παράξενο γαλαξία που ανακαλύφθηκε από την ίδια ομάδα το 2016. Ενώ ο NGC 1052–DF2 φαίνεται να μην έχει σκοτεινή ύλη, το Dragonfly 44 φαίνεται να έχει πολύ περισσότερη σκοτεινή ύλη σε σχέση με στην ορατή ύλη από ό,τι περιμένουν οι αστρονόμοι. Και οι δύο ανακαλύψεις αμφισβητούν τις κανονικές σχέσεις κλιμάκωσης των γαλαξιών και απαιτούν νέες θεωρίες για το πώς σχηματίζονται οι γαλαξίες. «Είναι μια πολύ διασκεδαστική στιγμή στον κόσμο της φυσικής των γαλαξιών», είπε η Annika Peter, αστρονόμος στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Οχάιο που δεν ήταν μέλος της ερευνητικής ομάδας.

Τα περισσότερα μονοπάτια για την εξήγηση του σχηματισμού του NGC 1052–DF2 εμπλέκουν τους γαλαξιακούς γείτονές του. "Όταν το είδα αυτό, είπα:"Λοιπόν, βάζω στοίχημα ότι αυτό το αντικείμενο βρίσκεται σε ομαδικό περιβάλλον", είπε ο Peter. Εξήγησε ότι το μεγαλύτερο βαρυτικό πεδίο από παρακείμενους γαλαξίες θα μπορούσε να έχει τραβήξει τη σκοτεινή ύλη μακριά από αυτήν, τραβώντας το τραπεζομάντιλο κάτω από τα αστέρια, διατηρώντας παράλληλα ανέπαφες τις ρυθμίσεις του τόπου.

Ο Van Dokkum και οι συνεργάτες του έχουν επιπλέον ιδέες. Για παράδειγμα, όταν δύο γαλαξίες συγχωνεύονται, ρεύματα αερίου μπορούν να συγκρουστούν, ενώ η σκοτεινή ύλη πιστεύεται ότι περνάει χωρίς να αλληλεπιδρά. Αυτό θα επέτρεπε στο αέριο να σχηματίσει αστέρια μακριά από συστάδες σκοτεινής ύλης. Ωστόσο, αυτός ο γαλαξίας δεν φαίνεται να έχει τα χαρακτηριστικά που μοιάζουν με ουρά που συνήθως συνοδεύουν αυτή τη διαδικασία. Από τις τρέχουσες θεωρίες, ο van Dokkum λέει, "Νομίζω ότι όλοι έχουν προβλήματα."

Η ομάδα προτείνει τώρα πρόσθετες παρατηρήσεις του NGC 1052–DF2, συμπεριλαμβανομένου του επερχόμενου, αν και συχνά καθυστερημένου, διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb. Μια προτεραιότητα θα είναι η μέτρηση της μάζας του γαλαξία κοιτάζοντας τις τροχιές των αστεριών του, όχι μόνο τις κινήσεις των φωτεινών σφαιρωτικών σμηνών.

Η ευρύτερη κοινότητα της αστροφυσικής θα δώσει προσοχή. «Είναι πολύ δύσκολο να διαφωνήσεις ενάντια στα δεδομένα», λέει η Geha. "Αλλά προσωπικά θέλω πολύ περισσότερη μελέτη αυτού του αντικειμένου πριν να είμαι έτοιμος να πειστώ πλήρως."