esittely
Vuonna 2016 tähtitieteilijät johtivat Pieter van Dokkum Yalen yliopistosta julkaistiin pommipaperi väittää löytäneensä galaksin, joka on niin himmeä, mutta kuitenkin niin leveä ja painava, että sen täytyy olla lähes kokonaan näkymätön. He arvioivat, että galaksi, nimeltään Dragonfly 44, on 99.99 % pimeästä aineesta.
Dragonfly 44:n ominaisuuksista syntyi kiivas keskustelu, joka on edelleen ratkaisematta. Samaan aikaan yli 1,000 XNUMX yhtä suurta mutta haaleaa galaksia on ilmaantunut.
Sudenkorento 44 ja sen kaltaiset tunnetaan ultradiffuusineina galakseina (UDG). Vaikka ne voivat olla yhtä suuria kuin suurimmat tavalliset galaksit, UDG:t ovat poikkeuksellisen himmeitä – niin himmeitä, että taivaan kaukoputkitutkimuksissa "on tehtävä suodattaa kohina suodattamatta näitä galakseja vahingossa pois", sanoi Paul Bennet. tähtitieteilijä Space Telescope Science Institutessa Baltimoressa. Kirkas tähtiä muodostava kaasu, jota on runsaasti muissa galakseissa, näyttää kadonneen UDG:issä jättäen jäljelle vain rungon vanhoja tähtiä.
Heidän olemassaolonsa on aiheuttanut kohua galaktisessa evoluutioteoriassa, joka ei pystynyt ennustamaan niitä. "Ne eivät ilmestyneet simulaatioissa", van Dokkum sanoi. "Sinun on tehtävä jotain erityistä tehdäksesi galaksista niin iso ja heikko."
Uusia hurjia teorioita on syntynyt selittämään, kuinka Dragonfly 44 ja muut UDG:t syntyivät. Ja nämä jättiläismäiset valotahrat voivat tarjota tuoreita todisteita pimeän aineen näkymättömästä kädestä.
Liian paljon pimeää ainetta
Kun painovoima kokoaa kaasumöykkyjä ja tähtiä yhteen, niiden yhdistetyt energiat ja liikemäärät saavat yhdistelmän täyttymään ja pyörimään. Lopulta galaksi syntyy.
On vain yksi ongelma. Kun galaksit pyörivät, niiden pitäisi hajota. Niillä ei näytä olevan tarpeeksi massaa - ja siten painovoimaa - tarttuakseen toisiinsa. Pimeän aineen käsite keksittiin puuttuvan painovoiman aikaansaamiseksi. Tässä kuvassa galaksi istuu suuremman ei-valaisevien hiukkasten ryhmittymän sisällä. Tämä pimeän aineen "halo" pitää pyörivän galaksin koossa.
Yksi tapa arvioida galaksin pyörimisnopeus ja siten sen pimeän aineen pitoisuus on laskea sen pallomaiset tähtijoukot. "Emme tiedä miksi, teorian näkökulmasta", Bennet sanoi, mutta näiden "palloklusterien" lukumäärä korreloi läheisesti noiden vaikeammin mitattavien ominaisuuksien kanssa. Vuoden 2016 paperissa van Dokkum laski 94 pallomaista klusteria Dragonfly 44:n sisällä – luku, joka merkitsi poikkeuksellisen suurta pimeän aineen haloa huolimatta siitä, kuinka vähän näkyvää ainetta galaksilla on.
Kukaan ei ollut koskaan nähnyt mitään vastaavaa. Van Dokkum ja muut kirjoittajat ehdottivat, että Dragonfly 44 voisi olla "epäonnistunut Linnunrata": galaksi, jossa oli Linnunradan kokoinen pimeän aineen sädekehä, joka koki varhain mystisen tapahtuman, joka ryösti sen tähtiä muodostavan kaasun ja jätti sen ei muuta kuin ikääntyviä tähtiä ja jättiläinen halo.
Tai Ei pimeää ainetta
Objekti herätti kiinnostuksen toisessa tähtitieteilijäryhmässä, joka väittää, että pimeää ainetta ei ole olemassa ollenkaan. Nämä tutkijat selittävät galaksien puuttuvan painovoiman säätämällä sen sijaan Newtonin painovoimalakia, lähestymistapaa, jota kutsutaan modifioiduksi Newtonin dynamiikaksi tai MONDiksi.
MOND:n mukaan kunkin galaksin modifioitu gravitaatiovoima lasketaan sen tähtien massa-valosuhteesta - niiden kokonaismassasta jaettuna niiden valoisuudella. MOND-teoreetikot eivät spekuloi, miksi voima riippuisi tästä suhteesta, mutta heidän ad hoc -kaavansa vastaa useimpien galaksien havaittuja nopeuksia ilman, että pimeää ainetta tarvitsee vedota.
Kun uutiset Dragonfly 44:stä julkistettiin, MOND:n puolestapuhuja Stacy McGaugh, tähtitieteilijä Case Western Reserve -yliopistosta, laski massan ja valon suhteen, että sen pitäisi pyöriä hitaammin kuin van Dokkumin alkuperäinen arvio osoitti. MOND-laskelma ei näyttänyt sopivan dataan.
esittely
Mutta sitten vuonna 2019 van Dokkumin ryhmä alensi Dragonfly 44:n pyörimisnopeutta käyttämällä parannettua dataa. MOND vahvistettiin. "Dragonfly 44 on esimerkki siitä, kuinka nämä tiedot kehittyvät sopimaan MOND:n kanssa", McGaugh sanoi.
Silti suurimmalle osalle pimeään aineeseen uskovista tähtitieteilijöistä hitaampi pyörimisnopeus merkitsi vain sitä, että Dragonfly 44:n halo on pienempi kuin he luulivat. Vuonna 2020 riippumaton ryhmä pienensi haloa edelleen laskemalla dramaattisesti vähemmän pallomaisia klustereita, mutta van Dokkum kiistää tämän tuloksen. Vaikka halon koko on edelleen epävarma, se voi olla vähemmän massiivinen kuin alun perin oletettiin, mikä viittaa siihen, että Dragonfly 44 ei loppujen lopuksi ole epäonnistunut Linnunrata.
Iso vanha galaksi
Äskettäin löydetty omituisuus on lisännyt mysteeriä.
In paperi julkaistiin elokuussa, van Dokkumin ryhmä havaitsi Dragonfly 44:n olevan äärimmäisen ikivanha, sillä se muodostui 10–13 miljardia vuotta sitten.
Mutta niin vanhan galaksin ei pitäisi olla niin suuri kuin Dragonfly 44 on. Varhaisen universumin esineet ovat yleensä kompakteja, koska ne muodostuivat ennen maailmankaikkeuden nopeaa laajenemista.
Lisäksi tällaisen vanhan, kierteisen galaksin olisi pitänyt olla täysin repeytynyt tähän mennessä. Se, että Dragonfly 44 on pysynyt koossa, viittaa siihen, että siinä on loppujen lopuksi mojova pimeän aineen sädekehä - mikä saattaa palauttaa "epäonnistunut Linnunrata" -hypoteesin. "Se on todella hauska selitys, joten siksi pidän siitä, mutta en tiedä onko se oikein", van Dokkum sanoi.
Toinen selitys, "high spin" -hypoteesi, olettaa, että kaksi pientä galaksia yhdistyivät pyöriessään samaan suuntaan, niin että tuloksena oleva galaksi, Dragonfly 44, sai molempien kulmaliikkeen. Tämä sai sen pyörimään nopeammin, paisuttamalla sitä ulos ja puhaltaen ulos tähtiä muodostavasta materiaalistaan.
Häikäisevän monipuoliset UDG:t
Sudenkorento 44:n tarkastelun keskellä tähtitieteilijät ovat myös luetteloineet laajan ja monipuolisen kokoelman muita ultradiffusseja galakseja. Löydökset pakottavat heidät päättelemään, että galaksit muodostuvat useammilla tavoilla kuin he tiesivät.
Joiltakin uusilta UDG:iltä näyttää puuttuvan pimeä aine kokonaan. Van Dokkumin ryhmä tunnisti yhden sellaisen galaksin vuonna 2018, sitten huomasin muiden jälkeläisten lähistöllä. Tänä toukokuussa joukkue arveltu in luonto että jälki muodostui kahden galaksin kauan sitten tapahtuneessa törmäyksessä. Törmäys hidasti galaksien kaasun virtausta, mutta niiden pimeä aine jatkui ikään kuin mitään ei olisi tapahtunut. Kaasu puristui sitten tähdiksi, jolloin lopulta muodostui pimeäainevapaiden galaksien sarja.
Sillä välin, Bennet löysi kaksi UDG:tä vuonna 2018, jotka viittaavat erilaiseen muodostumisteoriaan. Kummassakin tapauksessa raskaan läheisen galaksin vuorovesivoimat näyttävät repeytyneen UDG:n läpi, puhaltaen sitä ulos ja varastaen sen kaasun. (Tämä ei voi selittää Dragonfly 44:ää, joka sijaitsee liian kaukana raskaista galakseista.)
Hämmentävästi, syyskuun lehti raportoivat äskettäin tapahtuneesta tähtien muodostumisesta UDG:ssä, mikä on ristiriidassa sen ajatuksen kanssa, että niissä on vain vanhoja tähtiä.
Tällainen joukko UDG:itä, jotka näyttävät samalta ulkoisesti, mutta eroavat sisäisesti, voivat vahvistaa pimeän aineen teorian MOND:iin verrattuna. "Jos tähdet liikkuvat erittäin nopeasti yhdessä galaksissa ja hyvin hitaasti toisessa, se on suuri ongelma vaihtoehtoisille teorioille", van Dokkum sanoi.
McGaugh myönsi, että jos UDG-väestössä on "aitoja poikkeamia", "se on todellakin ongelma MONDille". Hän lisäsi kuitenkin, että "se ei automaattisesti tee pimeästä aineesta parempaa tulkintaa."
Lopulliset vastaukset edellyttävät uusia kaukoputkia. Äskettäin toiminnassa oleva James Webb -avaruusteleskooppi on jo havainnut kaukaisia galakseja sellaisina kuin ne ilmestyivät niiden muodostuessa varhaisessa universumissa, mikä auttaa testaamaan ja jalostamaan syntyviä ideoita.
"Suuri asia on se, että emme vieläkään tiedä, mitä siellä on", van Dokkum sanoi. "On olemassa galakseja, joita emme ole havainneet ja jotka ovat erittäin suuria, hyvin lähellä ja joilla on epätavallisia ominaisuuksia, eivätkä ne ole nykyisissä luetteloissamme edes kaikkien näiden vuosikymmenten taivaantutkimuksen jälkeen."
