معرفی
در سال 2016، ستاره شناسان به رهبری پیتر ون دوکوم از دانشگاه ییل منتشر شد یک کاغذ بمب ادعای کشف کهکشانی آنقدر کم نور و در عین حال آنقدر وسیع و سنگین که تقریباً کاملاً نامرئی است. آنها تخمین زدند که کهکشانی که سنجاقک 44 نام دارد، 99.99 درصد ماده تاریک است.
بحث داغی در مورد ویژگی های Dragonfly 44 شکل گرفت که هنوز حل نشده باقی مانده است. در همین حال، بیش از 1,000 کهکشان مشابه بزرگ اما کم نور ظاهر شده اند.
سنجاقک 44 و امثال آن به عنوان کهکشان های فوق پراکنده (UDG) شناخته می شوند. پل بنت، یکی از محققان، گفت: در حالی که می‌توانند به بزرگی بزرگ‌ترین کهکشان‌های معمولی باشند، UDGها به‌طور استثنایی کم‌نور هستند - به قدری کم‌نور که در بررسی‌های تلسکوپی از آسمان، «فیلتر کردن نویز بدون فیلتر کردن تصادفی کهکشان‌ها انجام می‌شود.» ستاره شناس در موسسه علمی تلسکوپ فضایی در بالتیمور. به نظر می رسد گاز درخشان ستاره ساز که در کهکشان های دیگر به وفور وجود دارد در UDG ها ناپدید شده و تنها یک اسکلت از ستاره های مسن باقی مانده است.
وجود آنها در نظریه تکامل کهکشانی که نتوانست آنها را پیش بینی کند، سر و صدایی ایجاد کرده است. ون داکوم گفت: «آنها در شبیه سازی ها ظاهر نشدند. "شما باید کار خاصی انجام دهید تا کهکشانی به این بزرگی و کم نور بسازید."
تئوری های جدید وحشی برای توضیح چگونگی پیدایش Dragonfly 44 و سایر UDG ها پدید آمده اند. و این لکه های غول پیکر نور ممکن است شواهد تازه ای از دست نامرئی ماده تاریک ارائه دهند.
ماده تاریک بیش از حد
همانطور که گرانش توده‌های گاز و ستاره‌ها را به هم نزدیک می‌کند، انرژی‌ها و تکانه‌های ترکیبی آنها باعث باد شدن و چرخش ماشاپ می‌شود. در نهایت یک کهکشان پدیدار می شود.
فقط یک مشکل وجود دارد همانطور که کهکشان ها می چرخند، آنها باید از هم جدا شوند. به نظر نمی رسد که جرم - و بنابراین گرانش - کافی برای چسبیدن به هم ندارند. مفهوم ماده تاریک برای تامین گرانش از دست رفته ابداع شد. در این تصویر، یک کهکشان در داخل یک مجموعه بزرگتر از ذرات غیر درخشان قرار دارد. این ماده تاریک "هاله" کهکشان در حال چرخش را کنار هم نگه می دارد.
یکی از راه‌های تخمین سرعت چرخش کهکشان و در نتیجه میزان ماده تاریک آن، شمارش خوشه‌های کروی ستاره‌های آن است. بنت گفت: «ما نمی‌دانیم چرا، از نقطه نظر تئوری،» اما تعداد این «خوشه‌های کروی» با ویژگی‌هایی که اندازه‌گیری آن سخت‌تر است، ارتباط نزدیکی دارد. در مقاله سال 2016، ون داکوم 94 خوشه کروی را در داخل سنجاقک 44 شمارش کرد - عددی که دلالت بر یک هاله ماده تاریک فوق‌العاده بزرگ داشت، علیرغم اینکه کهکشان ماده قابل مشاهده کمی دارد.
هیچ کس تا به حال چنین چیزی را ندیده بود. Van Dokkum و همکارانش پیشنهاد کردند که Dragonfly 44 می تواند یک "کهکشان راه شیری شکست خورده" باشد: کهکشانی با هاله ماده تاریک به اندازه کهکشان راه شیری که در اوایل حادثه ای اسرارآمیز دستخوش یک رویداد اسرارآمیز شد که گاز ستاره سازش را از آن ربود و آن را با خود رها کرد. چیزی جز ستاره های پیر و هاله ای غول پیکر.
یا بدون ماده تاریک
این شیء مورد توجه اردوگاه دیگری از ستاره شناسان قرار گرفت که استدلال می کنند ماده تاریک اصلا وجود ندارد. این محققان گرانش از دست رفته کهکشان ها را با تغییر قانون گرانش نیوتن به جای آن توضیح می دهند، رویکردی به نام دینامیک نیوتنی اصلاح شده یا MOND.
بر اساس گزارش MOND، نیروی گرانشی اصلاح شده برای هر کهکشان از نسبت جرم به نور ستاره های آن محاسبه می شود - جرم کل آنها تقسیم بر درخشندگی آنها. نظریه پردازان MOND در مورد اینکه چرا نیرو به این نسبت بستگی دارد، حدس نمی زنند، اما فرمول موقت آنها با سرعت مشاهده شده اکثر کهکشان ها مطابقت دارد، بدون اینکه نیازی به فراخوانی ماده تاریک باشد.
وقتی اخباری در مورد Dragonfly 44، مدافع MOND منتشر شد استیسی مکگاگیک ستاره شناس در دانشگاه کیس وسترن رزرو، از نسبت جرم به نور آن محاسبه کرد که باید آهسته تر از تخمین اولیه ون داکوم بچرخد. به نظر نمی رسد محاسبه MOND با داده ها مطابقت داشته باشد.
معرفی
اما در سال 2019، گروه ون داکوم سرعت چرخش Dragonfly 44 را کاهش داد. با استفاده از داده های بهبود یافته. MOND تایید شد. مک‌گاگ گفت: «دراگون‌فلای 44 نمونه‌ای از این است که چگونه این داده‌ها برای توافق با MOND تکامل می‌یابند.
با این حال، برای اکثر اخترشناسانی که به ماده تاریک اعتقاد دارند، سرعت چرخش کمتر نشان می دهد که هاله Dragonfly 44 کوچکتر از آن چیزی است که فکر می کردند. در سال 2020، یک گروه مستقل با شمارش هاله را کوچکتر کرد خوشه های کروی به طور چشمگیری کمتر است، اما ون داکوم این نتیجه را رد می کند. اگرچه اندازه هاله نامشخص است، اما ممکن است حجم آن کمتر از آنچه در ابتدا تصور می‌شد باشد، نشان می‌دهد که Dragonfly 44 یک راه شیری شکست خورده نیست.
کهکشان بزرگ قدیمی
یک چیز عجیب و غریب تازه کشف شده این راز را تشدید کرده است.
In یک کاغذ گروه ون داکوم که در ماه آگوست منتشر شد دریافتند که Dragonfly 44 بسیار باستانی است که بین 10 تا 13 میلیارد سال پیش شکل گرفته است.
اما چنین کهکشانی قدیمی نباید به بزرگی Dragonfly 44 باشد. اجرام جهان اولیه به دلیل اینکه قبل از انبساط سریع کیهان شکل گرفته اند، فشرده تر هستند.
علاوه بر این، چنین کهکشانی قدیمی و نخ نما باید تا به حال به طور کامل از هم پاره شده بود. این که Dragonfly 44 کنار هم نگه داشته است، نشان می‌دهد که در نهایت دارای هاله‌ای از ماده تاریک سنگین است - به طور بالقوه فرضیه «شکست خورده راه شیری» را بازیابی می‌کند. ون داکوم گفت: "این یک توضیح واقعا سرگرم کننده است، بنابراین به همین دلیل آن را دوست دارم، اما نمی دانم درست است یا نه."
توضیح دیگر، فرضیه «چرخش بالا»، بیان می‌کند که دو کهکشان کوچک در حالی که در یک جهت می‌چرخند با هم ادغام شدند، به طوری که کهکشان حاصل، Dragonfly 44، تکانه زاویه‌ای هر دو را به دست آورد. این باعث شد تا سریعتر بچرخد، آن را پف کرده و مواد ستاره ساز خود را بیرون بیاورد.
UDG های بسیار متنوع
در میان بررسی دقیق Dragonfly 44، اخترشناسان همچنین مجموعه وسیع و متنوعی از دیگر کهکشان های فوق پراکنده را فهرست بندی کرده اند. یافته‌ها آنها را مجبور می‌کند به این نتیجه برسند که کهکشان‌ها به روش‌هایی بیشتر از آنچه می‌دانستند تشکیل می‌شوند.
به نظر می رسد برخی از UDG های جدید کاملاً فاقد ماده تاریک هستند. گروه Van Dokkum یکی از این کهکشان ها را شناسایی کرد در سال 2018، سپس دنباله ای از افراد دیگر را در همان نزدیکی مشاهده کرد. اردیبهشت امسال، تیم حدس زد in طبیعت که این دنباله در یک برخورد طولانی مدت دو کهکشان تشکیل شده است. این برخورد باعث کاهش سرعت جریان گاز کهکشان ها شد، اما ماده تاریک آنها طوری به حرکت خود ادامه داد که گویی هیچ اتفاقی نیفتاده است. سپس این گاز به صورت توده های ستاره ای فشرده شد و در نهایت رشته ای از کهکشان های عاری از ماده تاریک را تشکیل داد.
در همین حال، بنت دو UDG کشف کرد در سال 2018 که به یک نظریه شکل گیری متفاوت اشاره می کند. در هر مورد، نیروهای جزر و مدی از یک کهکشان سنگین مجاور به نظر می رسد که از طریق UDG نفوذ کرده، آن را پف کرده و گاز آن را ربوده اند. (این نمی تواند Dragonfly 44 را که خیلی دور از کهکشان های سنگین قرار دارد توضیح دهد.)
به طرز شگفت انگیزی، یک مقاله سپتامبر شکل‌گیری ستاره‌های اخیر را در یک UDG گزارش کرد، که در تضاد با این ایده است که آنها فقط ستاره‌های قدیمی را در خود جای داده‌اند.
چنین طیفی از UDG ها که از نظر ظاهری یکسان به نظر می رسند اما از نظر درونی متفاوت هستند، ممکن است نظریه ماده تاریک را در مورد MOND تأیید کند. ون داکوم گفت: "اگر ستارگان در یک کهکشان بسیار سریع و در کهکشان دیگر بسیار آهسته حرکت می کنند، این یک مشکل بزرگ برای آن نظریه های جایگزین است."
مک‌گاگ موافقت کرد که اگر در میان جمعیت UDG «غیر واقعی» وجود داشته باشد، «این واقعاً یک مشکل برای MOND است». با این حال، او افزود، "این به طور خودکار ماده تاریک را تفسیر بهتری نمی کند."
پاسخ قطعی به تلسکوپ های جدید نیاز دارد. تلسکوپ فضایی جیمز وب که به تازگی عملیاتی شده است، قبلاً کهکشان های دوردست را در زمان شکل گیری در کیهان اولیه مشاهده کرده است که به آزمایش و اصلاح ایده های نوپا کمک می کند.
ون داکوم گفت: "نکته مهم این است که ما هنوز نمی دانیم چه چیزی در آنجا وجود دارد." کهکشان‌هایی وجود دارند که ما کشف نکرده‌ایم که بسیار بزرگ، بسیار نزدیک و دارای خواص غیرعادی هستند، و حتی پس از این همه دهه مطالعه آسمان در فهرست‌های کنونی ما وجود ندارند.»
