W nowym badaniu Nature Astronomy międzynarodowy zespół kierowany przez astrofizyków z University of California, Irvine i Pomona College donosi, jak małe galaktyki zderzają się z większymi, większe galaktyki mogą pozbawić mniejsze galaktyki ich ciemnej materii – materii, której nie możemy zobaczyć bezpośrednio, ale astrofizycy uważają, że musi istnieć, ponieważ bez efektów grawitacyjnych nie mogliby wyjaśnić takich rzeczy, jak ruchy gwiazd w galaktyce.
Jest to mechanizm, który może wyjaśnić, w jaki sposób galaktyki mogą istnieć bez ciemnej materii – coś, co kiedyś uważano za niemożliwe.
Zaczęło się w 2018 roku, kiedy astrofizycy Shany Danieli i Pieter van Dokkum z Princeton University i Yale University zaobserwowali dwie galaktyki, które wydawały się istnieć bez większości ciemnej materii.
„Spodziewaliśmy się dużych ułamków ciemnej materii” – powiedział Danieli, współautor najnowszego badania. „To było dość zaskakujące ”.
Szczęśliwe znalezisko, które van Dokkum i Danieli opisali w gazecie „Nature” w 2018 r. oraz w gazecie Astrophysical Journal Letters w 2020 r., wprawiło w zamieszanie paradygmat, że galaktyki potrzebują ciemnej materii, potencjalnie zmieniając to, co astrofizycy postrzegali jako standardowy model działania galaktyk.
„Od 40 lat ustalono, że galaktyki mają ciemną materię” – powiedział Jorge Moreno, profesor astronomii w Pomona College, który jest głównym autorem nowego artykułu. „W szczególności galaktyki o małej masie mają zwykle znacznie wyższe frakcje ciemnej materii, co sprawia, że odkrycie Danieliego jest dość zaskakujące. Dla wielu z nas oznaczało to, że nasze obecne zrozumienie, w jaki sposób ciemna materia pomaga galaktykom, wymaga pilnej rewizji”.
Zespół uruchomił modele komputerowe, które symulowały ewolucję fragmentu wszechświata — jednego o średnicy około 60 milionów lat świetlnych — zaczynając wkrótce po Wielkim Wybuchu i biegnąc aż do chwili obecnej.
Zespół znalazł siedem galaktyk pozbawionych ciemnej materii. Po kilku zderzeniach z sąsiednimi galaktykami 1000 razy masywniejszymi zostały pozbawione większości swojej materii, pozostawiając po sobie tylko gwiazdy i resztki ciemnej materii.
„To był czysty przypadek” – powiedział Moreno. „W momencie, gdy zrobiłem pierwsze zdjęcia, natychmiast podzieliłem się nimi z Danieli i zaprosiłem ją do współpracy”.
Robert Feldmann, profesor Uniwersytetu w Zurychu, który zaprojektował nową symulację, powiedział, że „te prace teoretyczne pokazują, że galaktyki z niedoborem ciemnej materii powinny być bardzo powszechne, szczególnie w pobliżu masywnych galaktyk”.
James Bullock z UCI, astrofizyk, który jest ekspertem od galaktyk o małych masach, opisał, jak on i zespół nie zbudowali swojego modelu tylko po to, by mogli tworzyć galaktyki bez ciemnej materii – powiedział, że ten model jest silniejszy, ponieważ nie był zaprojektowane w jakikolwiek sposób, aby stworzyć kolizje, które w końcu znaleźli. „Nie zakładamy interakcji”, powiedział Bullock.
Potwierdzenie, że galaktyki pozbawione ciemnej materii można wytłumaczyć we wszechświecie, w którym jest dużo ciemnej materii, jest ulgą dla badaczy takich jak Bullock, których kariera i wszystko, co w niej odkrył, zależy od tego, że ciemna materia jest tym, co sprawia, że galaktyki zachowują się w taki sposób .
„Obserwacja, że istnieją galaktyki wolne od ciemnej materii, była dla mnie trochę niepokojąca”. powiedział Bullock. „Mamy udany model, opracowany przez dziesięciolecia ciężkiej pracy, w którym większość materii w kosmosie jest ciemna. Zawsze istnieje możliwość, że natura nas oszukała”.
Ale Moreno powiedział: „nie musimy pozbywać się standardowego paradygmatu ciemnej materii”.
Teraz, gdy astrofizycy wiedzą, w jaki sposób galaktyka może stracić ciemną materię, Moreno i jego współpracownicy mają nadzieję, że odkrycia zainspirują badaczy, którzy patrzą na nocne niebo w poszukiwaniu masywnych galaktyk w świecie rzeczywistym, które mogą być w trakcie oddzielania ciemnej materii od mniejszych.
„To nadal nie oznacza, że ten model jest właściwy” – powiedział Bullock. „Prawdziwym testem będzie sprawdzenie, czy te rzeczy istnieją z częstotliwością i ogólną charakterystyką, która odpowiada naszym przewidywaniom”.
W ramach tej nowej pracy Moreno, który ma rdzenne korzenie, otrzymał pozwolenie od przywódców Cherokee na nazwanie siedmiu galaktyk pozbawionych ciemnej materii znalezionych w ich symulacjach na cześć siedmiu klanów Cherokee: Ptak, Niebieski, Jeleń, Długie Włosy, Farba , Dziki Ziemniak i Wilk.
„Czuję osobisty związek z tymi galaktykami” – powiedział Moreno, który dodał, że tak jak bardziej masywne galaktyki pozbawiły mniejsze galaktyki ich ciemnej materii, „wielu ludzi o rdzennych przodkach zostało pozbawionych swojej kultury”.
