Загадкова темна галактика не випромінює видимого світла, кажуть вчені

Галактики бувають різних форм і розмірів, але основні складові здаються досить послідовними. Зазвичай у центрі є велика чорна діра, купа зірок і газу, а також щедра порція темної матерії, яка допомагає склеїти все разом. Хоча темна матерія, ну, темна, зірки, газ і завихрене ядро ​​нагрітого матеріалу виділяються що сяє красою нічного міста. Однак одна нещодавно відкрита карликова галактика, розташована всього за 94 мільйони світлових років від нас, не відповідає очікуванням. Він отримав назву FAST J0139+4328 і не випромінює оптичного світла. Насправді він майже не випромінює світла.

FAST J0139+4328, схоже, є темною галактикою. Крім невеликої кількості зірок, здається, що галактика майже повністю складається з темної матерії. Стаття з описом відкриття була прийнята для публікації в The Astrophysical Journal Letters і доступна на сервері препринтів arXiv.

«Ці знахідки надають спостережний доказ того, що FAST J0139+4328 є ізольованою темною карликовою галактикою», — пише група астрономів під керівництвом Цзінь-Лонг Сю з Академії наук Китаю в Пекіні. «Це перший раз, коли ізольовану темну галактику було виявлено в сусідньому Всесвіті».

Темна матерія зараз є головним поясненням дивної невідповідності між кількістю нормальної або баріонної матерії, що спостерігається в куточках Всесвіту, і силою гравітації, необхідної для її утримання. Простіше кажучи, баріонної матерії просто недостатньо, щоб врахувати всю гравітацію. Галактики обертаються так швидко, що вони повинні розлетітися на частини без того, щоб щось ще зв’язало все разом.

Що б не відповідало за цю додаткову гравітацію, залишається невловимим. Здається, він не взаємодіє зі звичайною матерією іншим способом, окрім гравітації; він також не випромінює будь-яку форму радіації, яку ми зараз можемо виявити. Ми просто не можемо побачити джерело цієї додаткової маси. З усім тим, резервування місця для якогось невідомого матеріалу значною мірою допомагає розв’язувати проблеми, які ми спостерігаємо.

Однак теорія темної матерії також не є ідеальною. Однією з проблем є невідповідність між симуляціями розподілу темної матерії у Всесвіті та кількістю карликових галактик, які ми бачимо на орбіті великих галактик. Існує набагато менше карликових галактик, ніж передбачає симуляція. Це відоме як проблема карликових галактик.

Цілком можливо, що ми просто не в змозі виявити деякі типи карликових галактик, наприклад ті, у яких дуже мало зірок, які складаються переважно з газу та темної матерії. Знаходження достатньої кількості з них допомогло б усунути всю нестачу карликових галактик. Деякі темні галактики-кандидати були ідентифіковані, але вони дуже близькі до інших структур, через що їх важко відрізнити від згустків уламків, вирваних сильнішими силами тяжіння.

Ідеальна темна галактика-кандидат дрейфувала б сама по собі, ізольована в космосі, де її ідентифікацію неможливо було б помилитися.

Розташування FAST J0139+4328 в (a) оптичному, (b) ближньому інфрачервоному, (c) ближньому ультрафіолетовому та (d) середньому інфрачервоному. Жовті кружечки в a і b — зірки переднього плану. (Xu et al., arXiv, 2023)

Для пошуку такої галактики Сюй та його колеги використовували сферичний радіотелескоп із апертурою (FAST) у Китаї. Вони використовували телескоп під час перерв у його розкладі спостережень як проєкт «заповнення» для пошуку радіовипромінювання великих хмар нейтрального атомарного водню (HI) у міжгалактичному просторі, шукаючи особливості, що відповідають галактиці.

І вони досягли успіху: радіохвилі, випромінювані хмарою HI на відстані 94 мільйони світлових років від нас, узгоджувалися з дисковою галактикою, що обертається, без оптичного світла, очікуваного від неї. Подальші спостереження в інфрачервоному та ультрафіолетовому випромінюванні виявили слабке розсіювання зірок. Разом ці дані дозволили дослідникам визначити властивості галактики, яку вони назвали FAST J0139+4328.

Згідно з підрахунками команди, галактика має верхню межу зірок у 690 000 сонячних мас, і вона містить 83 мільйони сонячних мас HI. Загальна баріонна маса галактики становить приблизно 110 мільйонів сонячних мас. Однак це лише крапля у відро загальної маси галактики. Команда змогла розрахувати швидкість обертання FAST J0139+4328 і виходячи з цього його загальну масу, яка склала 5,1 мільярда мас Сонця. Це означало б, що галактика приблизно на 98 відсотків складається з темної матерії.