Ερευνητές ανακάλυψαν γαλαξία χωρίς σκοτεινή ύλη – Νέες προκλήσεις αναδύονται για τους επιστήμονες

Αστρονόμοι χρησιμοποιώντας δεδομένα από τα Παρατηρητήρια Gemini και W. M. Keck στην Χαβάη έχουν ανακαλύψει έναν γαλαξία που εμφανίζεται να μην έχει σχεδόν καθόλου σκοτεινή ύλη. Καθώς το σύμπαν κυριαρχείται από τη σκοτεινή ύλη και αυτή είναι το θεμέλιο επάνω στο οποίο διαμορφώθηκαν οι γαλαξίες «αυτό είναι κάτι που φέρνει τα πάνω κάτω», σύμφωνα με τον κύριο ερευνητή Pieter van Dokkum του Πανεπιστημίου Yale.

Γαλαξίες και σκοτεινή ύλη πάνε χέρι-χέρι, τυπικά δεν βρίσκεις το ένα χωρίς το άλλο. Έτσι όταν οι ερευνητές ανακάλυψαν έναν γαλαξία, γνωστό ως NGC1052-DF2, ο οποίος σχεδόν πλήρως στερείται του υλικού, σοκαρίστηκαν. «Το να βρεις ένα γαλαξία χωρίς σκοτεινή ύλη είναι κάτι απρόσμενο επειδή αυτή η αόρατη, μυστήρια ουσία είναι η πλέον κυρίαρχη πλευρά του κάθε γαλαξία», είπε ο επικεφαλής συγγραφέας Pieter van Dokkum. «Για δεκαετίες, θεωρούμε ότι ο γαλαξίες αρχίζουν τη ζωή τους ως σταγόνες σκοτεινής ύλης. Μετά από αυτό συμβαίνουν όλα τα άλλα: αέριο πέφτει στην άλω της σκοτεινής ύλης, το αέριο μετατρέπεται σε άστρα, αυτά αργά συσσωρεύονται, μετά καταλήγετε με γαλαξίες σαν τον δικό μας Γαλαξία. Ο NGC1052-DF2 προκαλεί τις καθιερωμένες ιδέες για το πώς διαμορφώνονται οι γαλαξίες».

Η έρευνα που δημοσιεύθηκε στο τεύχος του Nature της 29ης Μαρτίου, συγκέντρωσε δεδομένα από Gemini North τηλεσκόπιο και το Παρατηρητήριο W. M. Keck και τα δυο στη Χαβάη, από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και άλλα τηλεσκόπια από όλο τον πλανήτη. Δεδομένων του μεγάλου μεγέθους και της αμυδρής εμφάνισής του, οι αστρονόμοι κατηγοριοποίησαν τον NGC1052-DF2 ως ένα υπερ-διάχυτο γαλαξία, ένα σχετικά νέο τύπο γαλαξία που ανακαλύφθηκε το 2015. Υπερ-διάχυτοι γαλαξίες παραδόξως είναι κοινοί. Ωστόσο, δεν ανακαλύφθηκε ακόμη άλλος γαλαξίας αυτού του τύπου να έχει έλλειψη σε σκοτεινή ύλη. «Ο NGC1052-DF2 είναι μια παραδοξότητα, ακόμη μεταξύ αυτής της ασυνήθιστης κατηγορίας γαλαξία», αναφέρει η Shany Danieli, μέλος της ομάδας.

Για να διεισδύσει ακόμη βαθύτερα στον μοναδικό αυτό γαλαξία, η ομάδα χρησιμοποίησε τον Φασματογράφο Πολλαπλών Αντικειμένων Gemini (GMOS) για να πάρει λεπτομερέστερες εικόνες του NGC1052-DF2, να αξιολογήσει τη δομή του και να επιβεβαιώσει ότι ο γαλαξίας δεν έχει σημάδια αλληλεπιδράσεων με άλλους γαλαξίες. «Χωρίς τις εικόνες του Gemini να αναλύουν την μορφολογία του γαλαξία θα είχαμε έλλειψη του πλαισίου για τα υπόλοιπα δεδομένα», λέει η Danieli. «Επίσης, η πληροφορία του Gemini ότι ο NGC1052-DF2 δεν αλληλεπιδρά τώρα με άλλο γαλαξία θα μας βοηθήσει να απαντήσουμε ερωτήσεις σχετικές με τις συνθήκες που περιβάλλουν τη γέννησή του».

Αριστερά: Ο υπερ-διάχυτος γαλαξίας είναι πλούσιο σε σφαιρικές συστάδες, που κρατούν το κλειδί της κατανόησης της προέλευσης και της μάζας του μυστήριου αυτού αντικειμένου. Δεξιά: Μια πιο κοντινή ματιά ενός από αυτές τις σφαιρικές συστάδες. Το φάσμα, που πάρθηκε από το Παρατηρητήριο Keck, δείχνει τις γραμμές απορρόφησης που χρησιμοποιούνται για να προσδιοριστεί η ταχύτητα αυτού του αντικειμένου.

Η εξέταση του NGC1052-DF2 με διάφορους τρόπους έρευνας (Dragonfly Telephoto Array, Sloan Digital Sky Survey) απέδωσε αντιφάσεις η ύπαρξη των οποίων έγινε κίνητρο για περαιτέρω διερεύνηση με φασματογράφους, όπως ο Deep Imaging Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) του Keck και φασματομέτρων, όπως το Low-Resolution Imaging Spectrometer (LRIS). Τα φασματικά δεδομένα που ελήφθησαν από τα τηλεσκόπια του Keck αποκάλυψαν ότι τα 10 σφαιρικές συστάδες που αποκαλύφθηκαν κινούνται πολύ πιο αργά από ότι αναμένονταν. Όσο αργότερα κινούνται τα αντικείμενα σε ένα σύστημα, τόσο λιγότερη μάζα υπάρχει σε αυτό το σύστημα. Οι υπολογισμοί της ομάδας έρευνας δείχνουν ότι όλη η μάζα του γαλαξία θα μπορούσε να αποδοθεί στη μάζα των άστρων, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχει σχεδόν καθόλου σκοτεινή ύλη στον NGC1052-DF2 ή «αν υπάρχει, είναι πολύ λίγη», σύμφωνα με τα λόγια του van Dokkum.

Τα αποτελέσματα της ομάδας δείχνουν ότι η σκοτεινή ύλη είναι διαχωρίσιμη από τους γαλαξίες. «Η ανακάλυψη αυτή δείχνει ότι η σκοτεινή ύλη είναι πραγματική – έχει τη δική της ξεχωριστή ύπαρξη πέρα από άλλα συστατικά των γαλαξιών», αναφέρει ο van Dokkum. Οι σφαιρικές συστάδες και η μη-τυπική δομή του NGC1052-DF2 έχει μπερδέψει τους επιστήμονες που στοχεύουν να προσδιορίσουν τις συνθήκες κάτω από τις οποίες διαμορφώθηκε αυτός ο γαλαξίας. «Δεν υπάρχει θεωρία που να προβλέπει τέτοιους τύπους γαλαξιών», αναφέρει ο van Dokkum. «Ο γαλαξίας είναι ένα πλήρες μυστήριο, καθώς όλα σε αυτόν είναι παράξενα. Το πώς πραγματικά διαμορφώθηκε ένα από αυτά τα πράγματα είναι τελείως άγνωστο».

Ωστόσο, ο ερευνητές έχουν κάποιες ιδέες: Ο NGC1052-DF2 ενυπάρχει περίπου 65 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά από ένα σύνολο γαλαξιών που κυριαρχείται από έναν γιγάντιο ελλειπτικό γαλαξία, τον NGC 1052. Ο σχηματισμός του γαλαξία είναι ταραχώδης και βίαιος και ο Van Dokkum υποστηρίζει ότι η ανάπτυξη του νέου μεγάλης μάζας γαλαξία δισεκατομμύρια χρόνια πριν, ίσως έπαιξε ρόλο στην έλλειψη σκοτεινής ύλης στον NGC1052-DF2. Άλλη ιδέα είναι ότι ένα κατακλυσμικό γεγονός συνέβη μέσα στον γαλαξία, όπως η γέννηση μυριάδων άστρων μεγάλης μάζας, που σάρωσε όλο το αέριο και τη σκοτεινή ύλη, σταματώντας το σχηματισμό άστρων.

Αυτές οι δυνατότητες είναι ωστόσο εικασίες, προσθέτουν οι ερευνητές και δεν εξηγούν όλα τα χαρακτηριστικά του παρατηρούμενου γαλαξία. Η ομάδα συνεχίζει το κυνήγι για περισσότερους γαλαξίες με έλλειψη σκοτεινής ύλης. Τα μέλη της αναλύουν εικόνες του Hubble από 23 άλλους διάχυτους γαλαξίες. Τρεις από αυτούς εμφανίζονται να μοιράζονται ομοιότητες με τον NGC1052-DF2, που ο Van Dokkum σχεδιάζει να ερευνήσει τους ερχόμενους μήνες στο Παρατηρητήριο Keck.

Πηγή: Gemini Observatory

Περισσότερα στη δημοσίευση: A galaxy lacking dark matter. Nature.