Sissejuhatus
2016. aastal juhatasid astronoomid Pieter van Dokkum Yale'i ülikoolist avaldati pommuudis paber väites, et avastati galaktika nii hämar, kuid samas nii lai ja raske, et see peab olema peaaegu täiesti nähtamatu. Nad leidsid, et galaktika, mille nimeks on Dragonfly 44, koosneb 99.99% ulatuses tumeainest.
Dragonfly 44 omaduste üle tekkis tuline arutelu, mis jääb lahendamata. Vahepeal on üles ilmunud enam kui 1,000 sama suurt, kuid nõrka galaktikat.
Dragonfly 44 ja sellele sarnased galaktikad on tuntud kui ülihajuvad galaktikad (UDG). Ehkki need võivad olla sama suured kui suurimad tavalised galaktikad, on UDG-d erakordselt hämarad – nii hämarad, et taeva teleskoobiuuringutel on "ülesanne filtreerida müra välja, ilma et neid galaktikaid kogemata välja filtreeritaks", ütles Paul Bennet. Baltimore'i kosmoseteleskoobi teadusinstituudi astronoom. Hele tähte moodustav gaas, mida leidub rohkesti teistes galaktikates, näib olevat UDG-des kadunud, jättes alles vaid eakate tähtede skeleti.
Nende olemasolu on põhjustanud segadust galaktika evolutsiooniteoorias, mis ei suutnud neid ennustada. "Nad ei ilmunud simulatsioonides," ütles van Dokkum. "Te peate tegema midagi erilist, et muuta galaktika nii suureks ja nõrgaks."
Ilmunud on uusi metsikuid teooriaid, mis selgitavad, kuidas Dragonfly 44 ja teised UDG-d tekkisid. Ja need hiiglaslikud valguse plekid võivad anda värskeid tõendeid tumeaine nähtamatu käe kohta.
Liiga palju tumedat ainet
Kuna gravitatsioon toob kokku gaasikogumid ja tähed, põhjustavad nende kombineeritud energiad ja impulsid segu paisumise ja pöörlemise. Lõpuks tekib galaktika.
On ainult üks probleem. Kui galaktikad pöörlevad, peaksid nad lahku minema. Tundub, et neil ei ole piisavalt massi - ja seega ka gravitatsiooni -, et kokku kleepuda. Tumeaine mõiste leiutati puuduva gravitatsiooni tagamiseks. Sellel pildil asub galaktika suuremas mittevalgustavate osakeste konglomeraadis. See tumeaine "halo" hoiab pöörlevat galaktikat koos.
Üks viis galaktika pöörlemiskiiruse ja seega ka tumeaine sisalduse hindamiseks on selle sfääriliste tähtede parvede loendamine. "Me ei tea, miks teoreetilisest vaatenurgast, " ütles Bennet, kuid nende "kerasparvede" arv on tihedas korrelatsioonis nende raskemini mõõdetavate omadustega. 2016. aasta artiklis loendas van Dokkum Dragonfly 94 sees 44 kerasparve – see arv viitas erakordselt suurele tumeaine halole, hoolimata sellest, kui vähe nähtavat ainet galaktikas on.
Keegi polnud kunagi midagi sellist näinud. Van Dokkum ja kaasautorid väitsid, et Dragonfly 44 võib olla "ebaõnnestunud Linnutee": Linnutee-suuruse tumeaine haloga galaktika, mis läbis varakult salapärase sündmuse, mis röövis sellelt tähtede moodustava gaasi, jättes selle ei midagi muud kui vananevad tähed ja hiiglaslik halo.
Või puudub tumeaine
Objekt äratas huvi teise astronoomide leeri, kes väidavad, et tumeainet pole üldse olemas. Need teadlased selgitavad galaktikate puuduvat gravitatsiooni, muutes selle asemel Newtoni gravitatsiooniseadust, lähenemisviisi, mida nimetatakse modifitseeritud Newtoni dünaamikaks või MONDiks.
MONDi sõnul arvutatakse iga galaktika modifitseeritud gravitatsioonijõud selle tähtede massi ja valguse suhte põhjal - nende kogumass jagatud nende heledusega. MONDi teoreetikud ei spekuleeri, miks jõud sellest suhtest sõltuks, kuid nende ad hoc valem ühtib enamiku galaktikate täheldatud kiirustega, ilma et oleks vaja kutsuda esile tumeainet.
Kui Dragonfly 44 kohta uudised ilmusid, MONDi advokaat Stacy McGaugh, Case Western Reserve'i ülikooli astronoom, arvutas selle massi ja valguse suhte põhjal, et see peaks pöörlema aeglasemalt, kui van Dokkumi esialgne hinnang näitas. MOND-arvutus ei sobinud andmetega.
Sissejuhatus
Kuid siis aastal 2019 alandas van Dokkumi grupp Dragonfly 44 pöörlemiskiirust kasutades täiustatud andmeid. MOND sai õigustatud. "Dragonfly 44 on näide sellest, kuidas need andmed MONDiga kokku leppimiseks arenevad," ütles McGaugh.
Siiski tähendas enamiku tumeainesse uskuvate astronoomide jaoks aeglasem pöörlemiskiirus lihtsalt seda, et Dragonfly 44 halo on väiksem, kui nad arvasid. 2020. aastal vähendas sõltumatu rühm halo suurust loendamise teel veelgi märkimisväärselt vähem kerasparvesid, kuid van Dokkum vaidlustab selle tulemuse. Kuigi halo suurus on endiselt ebakindel, võib see olla vähem massiivne, kui algselt arvati, mis viitab sellele, et Dragonfly 44 pole siiski ebaõnnestunud Linnutee.
Suur vana galaktika
Äsja avastatud veidrus on müsteeriumi veelgi süvendanud.
In paber augustis avaldatud van Dokkumi rühm leidis, et Dragonfly 44 on äärmiselt iidne, moodustades 10–13 miljardit aastat tagasi.
Kuid nii vana galaktika ei tohiks olla nii suur kui Dragonfly 44 on. Varase universumi objektid kipuvad olema kompaktsemad, kuna need tekkisid enne universumi kiiret paisumist.
Veelgi enam, nii vana, niidi otsaga galaktika oleks pidanud praeguseks juba täielikult lagunema. See, et Dragonfly 44 on koos hoidnud, tähendab, et sellel on lõppude lõpuks kopsakas tumeaine halo - see võib potentsiaalselt taastada "ebaõnnestunud Linnutee" hüpoteesi. "See on väga lõbus seletus, nii et see on põhjus, miks see mulle meeldib, kuid ma ei tea, kas see on õige," ütles van Dokkum.
Teine seletus, "kõrge spinni" hüpotees, eeldab, et kaks väikest galaktikat ühinesid samas suunas pöörledes, nii et tulemuseks olev galaktika Dragonfly 44 omandas mõlema nurkimpulsi. See pani selle kiiremini pöörlema, paisates selle välja ja puhudes välja selle tähte tekitava materjali.
Pimestavalt mitmekesised UDG-d
Dragonfly 44 uurimise käigus on astronoomid katalooginud ka suure ja mitmekesise kollektsiooni teisi ülihajuseid galaktikaid. Leiud sunnivad neid järeldama, et galaktikad tekivad rohkem kui nad teadsid.
Tundub, et mõnel äsja leitud UDG-l puudub tumeaine täielikult. Van Dokkumi rühm tuvastas ühe sellise galaktika aastal 2018, märkas seejärel läheduses teiste jälge. Tänavu mais meeskond oletatud in loodus et jälg tekkis kahe galaktika ammusel kokkupõrkel. Kokkupõrge aeglustas galaktikate gaasivoolu, kuid nende tumeaine jätkus, nagu poleks midagi juhtunud. Seejärel surus gaas kokku tähtede tükkideks, moodustades lõpuks tumeainevabade galaktikate jada.
Vahepeal Bennet avastas kaks UDG-d aastal 2018, mis viitavad teistsugusele moodustumise teooriale. Mõlemal juhul näivad lähedalasuva raske galaktika loodete jõud olevat UDG-st läbi rebinud, paisutades selle välja ja varastades selle gaasi. (See ei saa seletada Dragonfly 44, mis asub rasketest galaktikatest liiga kaugel.)
Hämmastavalt, septembri leht teatas hiljutisest tähtede moodustumisest UDG-s, mis on vastuolus ideega, et need sisaldavad ainult vanu tähti.
Selline hulk UDG-sid, mis näevad väliselt ühesugused, kuid erinevad sisemiselt, võivad kinnitada tumeaine teooriat võrreldes MONDiga. "Kui tähed liiguvad ühes galaktikas väga kiiresti ja teises väga aeglaselt, on see alternatiivsete teooriate jaoks suur probleem," ütles van Dokkum.
McGaugh nõustus, et kui UDG elanikkonna hulgas on "tõelisi kõrvalekaldeid", "on see MONDi jaoks tõepoolest probleem". Samas lisas ta: "see ei muuda tumeainet automaatselt paremaks tõlgenduseks."
Lõplikud vastused nõuavad uusi teleskoope. Äsja kasutusele võetud James Webbi kosmoseteleskoop on juba märganud kaugeid galaktikaid, nagu need ilmusid, kui nad varajases universumis tekkisid, mis aitab katsetada ja täpsustada tärkavaid ideid.
"Suur on see, et me ei tea ikka veel, mis seal väljas on," ütles van Dokkum. "On galaktikaid, mida me pole avastanud ja mis on väga suured, väga lähedal ja millel on ebatavalised omadused, ja neid pole meie praegustes kataloogides isegi pärast kõiki neid aastakümneid taeva uurimist."
