«Призрачные» галактики без тёмной материи: учёные нашли новые улики в пользу её существования

В 65 миллионах световых лет от Земли находятся три необычные галактики — DF2, DF4 и DF9. Это тусклые, «призрачные» объекты, в которых почти нет тёмной материи. Новое исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal, предлагает объяснение их происхождению — и, как считают учёные, попутно подтверждает, что тёмная материя является реальной физической субстанцией, а не просто ошибкой в нашем понимании гравитации.

Что не так с этими галактиками

Тёмная материя считается «невидимым клеем», удерживающим крупнейшие структуры космоса вместе. Почти все галактики в основном состоят из тёмной материи. Однако три диффузные галактики — DF2, DF4 и DF9 — выбиваются из этого правила: оценив их массу по движению звёзд, астрономы обнаружили, что тёмной материи в них очень мало.

• DF2 обнаружили в 2018 году: она примерно размером с Млечный Путь, но содержит в 200 раз меньше звёзд. Оценки показали, что тёмной материи в ней примерно в 400 раз меньше ожидаемого — это первая известная галактика с дефицитом тёмной материи.
• DF4 нашли в 2019 году — ещё одна «призрачная» галактика с нехваткой тёмной материи.
• В 2026 году к ним присоединилась DF9: её масса составляет около 100 миллионов масс Солнца, что соответствует только обычной материи. Будь она заполнена тёмной материей, она была бы в 100 раз массивнее.

Гипотеза столкновения

Исследование под руководством астрофизика Йельского университета Майкла Кейма предлагает сценарий: когда-то две обычные галактики столкнулись. Их обычная материя — газ и пыль — закрутилась и сбилась в комки, а тёмная материя прошла насквозь, как призрак сквозь стену. В результате космической аварии образовались три новые галактики, лишённые тёмной материи.

Астроном Аарон Романовски из Университета штата Сан-Хосе приводит аналогию: «Это как два рыцаря на турнире — рыцари и их копья сталкиваются и падают на землю кучей, а лошади продолжают бежать на полной скорости». Схожий процесс ранее наблюдали в Скоплении Пули (Bullet Cluster), где после древнего столкновения тёмная и обычная материя тоже разделились.

Почему это важно

Существование таких галактик — аргумент против теорий модифицированной гравитации (например, MOND), которые объясняют особенности Вселенной поправкой к законам тяготения вместо тёмной материи. Если бы дело было только в изменённой гравитации, галактики без тёмной материи с трудом формировали бы звёзды — а именно это и демонстрируют DF2, DF4 и DF9.

«Отсутствие тёмной материи — это, в каком-то смысле, свидетельство её существования, что иронично», — отметил физик-теоретик Шьям Баладжи из Королевского колледжа Лондона. Впрочем, не все согласны с механизмом: теоретик Кинва Ву из Университетского колледжа Лондона предполагает, что галактики лишились тёмной материи, проходя сквозь крупную группу массивных галактик, а сторонник модифицированной гравитации Стейси МакГо считает сценарий столкновения правдоподобным, но не единственно возможным.

Источники: wired.com, quantamagazine.org