Dwie ze znanych galaktyk są zaskakująco lekkie. W końcu wiemy, dlaczego

{reklama-artykul}Dużej części materii, która tworzy przeróżne galaktyki we Wszechświecie, nie jesteśmy w stanie zobaczyć. Mowa o tak zwanej ciemnej materii, o której istnieniu wiemy tylko dzięki jej grawitacyjnemu wpływowi na światło i inne formy materii. Za sprawą ciemnej materii galaktyki są cięższe, niż mogłoby się wydawać w oparciu wyłącznie o obserwacje „klasycznej materii”. Tak się jednak składa, że w przypadku pewnych dwóch galaktyk jest zupełnie odwrotnie – są dużo lżejsze niż powinny. Teraz zaproponowano wyjaśnienie tej zagadki.

Nieuchwytna ciemna materia

Teoria o tym, że we Wszechświecie znajduje się mnóstwo niewidzialnej materii, sięga aż lat 30. XX wieku. Wówczas astrofizycy zaobserwowali bowiem, że odległe galaktyki poruszają się znacznie szybciej, niż ich materia powinna im pozwalać. Ci zaproponowali zatem, że w obrębie tych galaktyk musi być znacznie więcej masy, niż są w stanie zaobserwować, a niewidoczną materię określili mianem ciemnej materii.

Na przestrzeni lat pojawiały się kolejne dowody wskazujące na istnienie ciemnej materii. Mimo to do dziś nie udało się cząsteczek ciemnej materii wykryć.

Co ciekawe, najmocniejszym dowodem na istnienie ciemnej materii wydaje się być jej… nieobecność. Dokładnie tak. W 2018 roku astronomowie dokonali zaskakującego odkrycia. Tym odkryciem była galaktyka karłowata NGC 1052-DF2 zawierająca zaledwie śladowe ilości ciemnej materii. Sama jej widoczna materia wystarczyła by wyjaśnić relatywnie niewielką prędkość poruszania się jej gwiezdnych gromad. Rok później odkryto kolejną taką galaktykę – NGC 1052-DF4.

Zdjęcie przedstawiające galaktykę karłowatą NGC 1052-DF2, wykonane przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a. | Źródło: NASA/ESA/Pieter van Dokkum

Uniwersalny błąd w obliczeniach?

Dwie wymienione galaktyki mogą być wyjątkami potwierdzającymi regułę. W końcu, jednym z najważniejszych argumentów przeciw istnieniu ciemnej materii jest to, że stanowi po prostu fundamentalny błąd w obliczeniach (mechanika kwantowa i ogólna teoria względności nie przewidują jej istnienia). Niemniej, jeśli by tak było, ten błąd miałby zastosowanie w przypadku wszystkich galaktyk. Odnalezienie galaktyk, które zdają się nie posiadać ciemnej materii, wskazuje na to, że ciemna materia rzeczywiście istnieje i posiada stanowi cząsteczki, których z jakiegoś powodu w pewnych częściach Wszechświata zabrakło.

W ramach najnowszych badań uczeli przyjrzeli się kwestii, co mogło stać się z ciemną materią galaktyk NGC 1052-DF2 i NGC 1052-DF4. Obydwie te galaktyki są galaktykami satelitarnymi, krążącymi wokół większej galaktyki – NGC 1052. Astronomowie sugerują, że galaktyczne siły pływowe sprawiają, iż mniejsze galaktyki są obdzierane są ze swojej masy na rzecz tej większej.

Zdjęcie galaktyki NGC-1052 wykonane w ramach przeglądu Sloan Digital Sky Survey. | Źródło: Wikimedia Commons/Sloan Digital Sky Survey (CC BY 4.0)

Zespół badaczy stworzył symulację, która pokazały, w jakie interakcje wymienione trzy galaktyki ze sobą wchodzą. Poszczególne symulacje oparto na dwóch różnych sugerowanych modelach ciemnej materii. Ich rezultaty są intrygujące.

Oblicze ciemnej materii

Obecnie wiodący model ciemnej materii sugeruje, iż ciemna materia jest „zimna”, że jej cząsteczki poruszają się wolno i rzadko wchodzą ze sobą w interakcje. Zgodnie z inną, nowszą teorią, ciemna materia często wchodzi ze sobą w interakcje, ale jak to określają naukowcy, z pomocą nowej „ciemnej siły”.

Symulując wymienione galaktyki wraz z obydwoma opisanymi typami ciemnej materii, uczeni dowiedzieli się, że obdzieranie mniejszych galaktyk z ciemnej materii miałoby miejsce i w jednym, i drugim przypadku, ale zachodziłoby z większą łatwością w przypadku ciemnej materii odpowiadającej nowszej teorii. To dlatego, iż częste wchodzenie cząsteczek ciemnej materii w interakcje ułatwiłoby wypchnięcie większych ich ilości z centrów galaktyk do ich zewnętrznych regionów.

Należy zaznaczyć, że jest możliwe, iż w NGC 1052-DF2 i NGC 1052-DF4 wcale nie brakuje ciemnej materii. Istnieje szansa, że astronomowie źle obliczyli odległość tych galaktyk od Ziemi, powodując pojawienie się błędów innych kalkulacjach. Niezależnie od tego, w przyszłości badacze zamierzają się przyjrzeć opisanemu systemowi galaktyk jeszcze dokładniej – z nadzieją na znalezienie nowych wskazówek, które pozwoliłyby ostatecznie wyjaśnić jego zagadkę.

Źródło: Uniwersytet Kalifornijski w Riverside, fot. tyt. NASA Goddard