Галактика Nube кидає виклик моделі темної матерії

Nube — це майже невидима карликова галактика, відкрита міжнародною дослідницькою групою під керівництвом Інституту астрофіки Канарських островів (IAC) у співпраці з Університетом Ла-Лагуни (ULL) та іншими установами. Назву запропонувала 5-річна донька одного з дослідників у групі, і вона пов’язана з дифузним виглядом об’єкта. Його поверхнева яскравість настільки слабка, що вона залишилася непоміченою в різних попередніх дослідженнях цієї частини неба через дифузний вигляд об’єкта, ніби це був якийсь привид. Це тому, що його зірки настільки розкидані в такому великому обсязі, що «Nube» (іспанською «Хмара») було майже неможливо помітити.

Ця нещодавно відкрита галактика має набір специфічних властивостей, які відрізняють її від раніше відомих об’єктів. Дослідницька група підрахувала, що Nube — це карликова галактика, яка в 10 разів тьмяніша за інші подібного типу, але також у 10 разів більша за інші об’єкти з такою ж кількістю зірок. Щоб показати, що це означає для будь-кого, хто хоч трохи знає астрономію, ця галактика становить одну третину розміру Чумацького Шляху, але має масу, подібну до маси Малої Магелланової Хмари.

«З нашими теперішніми знаннями ми не розуміємо, як може існувати галактика з такими екстремальними характеристиками», — пояснює Мірейя Монтес, перший автор статті та дослідник IAC та ULL.

Протягом кількох років Ігнасіо Трухільо, другий автор статті, аналізував на основі зображень Sloan Digital Sky Survey (SDSS) певну смугу неба в рамках проєкту Legado del IAC Stripe 82. Під час одного з переглядів даних вони помітили слабку пляму, яка виглядала достатньо цікавою, щоб розпочати дослідницький проєкт. Наступним кроком було використання надглибоких багатоколірних зображень із Gran Telescopio Canarias (GTC), щоб підтвердити, що ця ділянка в огляді не була якоюсь помилкою, а надзвичайно дифузним об’єктом. Через його тьмяність важко визначити точну відстань до Нубе.

Використовуючи спостереження, отримані за допомогою телескопа Грін-Бенк (GBT) у Сполучених Штатах, автори оцінили відстань до Нубе в 300 мільйонів світлових років, хоча майбутні спостереження за допомогою радіотелескопа Very Large Array (VLA) і оптичного телескопа Вільяма Гершеля (WHT) в обсерваторії Роке-де-лос-Мучачос, Ла-Пальма, має допомогти їм показати, чи правильна ця відстань.

«Якщо галактика виявиться ближчою, вона все одно буде дуже дивним об’єктом і створить серйозні проблеми для астрофізики», — коментує Ігнасіо Трухільо.

Ще одна проблема для сучасної моделі темної матерії?

Загальне правило полягає в тому, що галактики мають набагато більшу щільність зірок у своїх внутрішніх регіонах і що ця щільність швидко падає зі збільшенням відстані від центру. Однак Монтес каже, що в Nube «щільність зірок дуже мало змінюється по всьому об’єкту, тому він такий слабкий, і ми не могли спостерігати його добре, поки не отримали надглибокі зображення з GTC. «

Nube спантеличив астрономів. На перший погляд, як пояснює команда, немає взаємодії чи інших ознак його дивних властивостей. Космологічне моделювання не може відтворити його «екстремальні» характеристики навіть на основі різних сценаріїв. «Ми залишилися без життєздатного пояснення в рамках прийнятої наразі космологічної моделі холодної темної матерії», — пояснює Монтес.

Модель холодної темної матерії може відтворити великомасштабні структури у Всесвіті, але існують дрібномасштабні сценарії, такі як випадок Nube, на які вона не може дати хорошої відповіді. Ми показали, як різні теоретичні моделі не можуть його створити, що робить його одним із найбільш екстремальних випадків, відомих досі.

«Цілком можливо, що завдяки цій галактиці та подібним галактикам, які ми можемо знайти, ми зможемо знайти додаткові підказки, які відкриють нове вікно в розумінні Всесвіту», — коментує Монтес.

«Одна з привабливих можливостей полягає в тому, що незвичайні властивості Nube показують нам, що частинки, з яких складається темна матерія, мають надзвичайно малу масу», — говорить Ігнасіо Трухільо. Якби це було так, незвичайні властивості цієї галактики демонстрували б властивості квантової фізики, але в галактичному масштабі. «Якщо ця гіпотеза підтвердиться, це буде одна з найкрасивіших демонстрацій природи, яка об’єднає світ найменших зі світом найбільших», — підсумовує він.