Bevezetés
2016-ban csillagászok vezették Pieter van Dokkum a Yale Egyetemen megjelent egy bombapapír egy olyan homályos, mégis olyan széles és nehéz galaxis felfedezését állítva, hogy szinte teljesen láthatatlannak kell lennie. Becslések szerint a Dragonfly 44-nek nevezett galaxis 99.99%-a sötét anyag.
Heves vita alakult ki a Dragonfly 44 tulajdonságairól, amely továbbra is megoldatlan. Eközben több mint 1,000 hasonlóan nagy, de halvány galaxis bukkant fel.
A Dragonfly 44 és rokonai ultradiffúz galaxisok (UDG) néven ismertek. Jóllehet olyan nagyok is lehetnek, mint a legnagyobb közönséges galaxisok, az UDG-k kivételesen halványak – olyan halványak, hogy az égbolt teleszkópos felmérése során „feladat a zaj kiszűrése anélkül, hogy véletlenül kiszűrnénk ezeket a galaxisokat” – mondta Paul Bennet, a csillagász a baltimore-i Space Telescope Science Institute-ban. A fényes csillagképző gáz, amely más galaxisokban bővelkedik, úgy tűnik, eltűnt az UDG-ben, és csak egy csontvázat hagyott hátra az idős csillagokból.
Létezésük nagy feltűnést keltett a galaktikus evolúciós elméletben, ami nem tudta megjósolni őket. „Nem jelentek meg a szimulációkban” – mondta van Dokkum. "Valami különlegeset kell tenned, hogy egy galaxis ekkora és halvány legyen."
Vad új elméletek jelentek meg annak magyarázatára, hogyan jött létre a Dragonfly 44 és más UDG-k. És ezek az óriási fényfoltok új bizonyítékot szolgáltathatnak a sötét anyag láthatatlan kezére.
Túl sok sötét anyag
Ahogy a gravitáció összehozza a gázcsomókat és a csillagokat, ezek együttes energiája és lendülete a mashup felfúvódását és forgását okozza. Végül felbukkan egy galaxis.
Csak egy probléma van. Ahogy a galaxisok forognak, szét kell válniuk. Úgy tűnik, nincs elég tömegük – és így a gravitációjuk – ahhoz, hogy összetapadjanak. A sötét anyag fogalmát a hiányzó gravitáció biztosítására találták ki. Ezen a képen egy galaxis nem világító részecskék nagyobb konglomerátumában ül. Ez a sötét anyag „halo” tartja össze a forgó galaxist.
A galaxisok forgási sebességének és így sötétanyag-tartalmának becslésének egyik módja a gömb alakú csillaghalmazok megszámlálása. "Nem tudjuk, hogy elméleti szempontból miért" - mondta Bennet, de ezeknek a "gömbhalmazoknak" a száma szorosan összefügg ezekkel a nehezebben mérhető tulajdonságokkal. A 2016-os tanulmányban van Dokkum 94 gömbhalmazt számolt meg a Dragonfly 44 belsejében – ez a szám rendkívül nagy sötét anyag halót jelez, annak ellenére, hogy milyen kevés látható anyaggal rendelkezik a galaxis.
Ilyet még soha senki nem látott. Van Dokkum és társszerzői azt javasolták, hogy a Dragonfly 44 egy „elbukott Tejút” lehet: egy Tejút-méretű sötétanyag-glóriával rendelkező galaxis, amely korán egy titokzatos eseményen ment keresztül, amely megfosztotta csillagképző gázától, és magára hagyta. semmi más, csak öregedő sztárok és egy óriási halo.
Vagy nincs sötét anyag
Az objektum felkeltette a csillagászok másik táborának érdeklődését, akik azzal érvelnek, hogy a sötét anyag egyáltalán nem létezik. Ezek a kutatók a galaxisok gravitációjának hiányát a Newton-féle gravitációs törvény módosításával magyarázzák, ezt a megközelítést módosított Newtoni dinamikának vagy MOND-nak nevezik.
A MOND szerint az egyes galaxisok módosított gravitációs erejét a csillagok tömeg-fény arányából számítják ki – a teljes tömegüket osztva a fényességükkel. A MOND teoretikusai nem találgatnak, hogy az erő miért függne ettől az aránytól, de ad hoc képletük megegyezik a legtöbb galaxis megfigyelt sebességével, anélkül, hogy sötét anyagot kellene megidézni.
Amikor hír jelent meg a Dragonfly 44-ről, a MOND ügyvédje Stacy McGaugh, a Case Western Reserve Egyetem csillagásza a tömeg-fény arányból úgy számolta ki, hogy lassabban kell forognia, mint azt van Dokkum eredeti becslése jelezte. Úgy tűnt, hogy a MOND számítás nem illeszkedik az adatokhoz.
Bevezetés
De aztán 2019-ben van Dokkum csoportja csökkentette a Dragonfly 44 forgási sebességét javított adatok felhasználásával. MOND igazolódott. "A Dragonfly 44 egy példa arra, hogy ezek az adatok hogyan alakulnak a MOND-dal való megegyezéshez" - mondta McGaugh.
Ennek ellenére a sötét anyagban hívő csillagászok többsége számára a lassabb forgási sebesség csak azt sugallta, hogy a Dragonfly 44 fényudvarja kisebb, mint gondolták. 2020-ban egy független csoport számlálással tovább csökkentette a glóriát drámaian kevesebb gömbhalmaz, de van Dokkum vitatja ezt az eredményt. Bár a halo mérete továbbra is bizonytalan, lehet, hogy kevésbé masszív, mint eredetileg feltételezték, ami arra utal, hogy a Dragonfly 44 mégsem egy kudarcot vallott Tejút.
Nagy régi galaxis
Egy újonnan felfedezett furcsaság súlyosbította a rejtélyt.
In egy papír Az augusztusban publikált Van Dokkum csoportja rendkívül ősinek találta a Dragonfly 44-et, amely 10-13 milliárd évvel ezelőtt keletkezett.
De egy ilyen régi galaxis nem lehet akkora, mint a Dragonfly 44. A korai univerzum objektumai általában tömörebbek, mivel az univerzum gyors tágulása előtt keletkeztek.
Ráadásul egy ilyen régi, szálkás galaxisnak mára teljesen szét kellett volna szakadnia. Az, hogy a Dragonfly 44 összetartott, azt sugallja, hogy végül is erős sötétanyag-glóriával rendelkezik – ez potenciálisan helyreállítja a „sikertelen Tejút” hipotézist. "Ez egy nagyon szórakoztató magyarázat, ezért szeretem, de nem tudom, hogy helyes-e" - mondta van Dokkum.
Egy másik magyarázat, a „nagy spin” hipotézis azt feltételezi, hogy két kis galaxis egybeolvadt, miközben ugyanabban az irányban forogtak, így az így létrejövő galaxis, a Dragonfly 44 megszerezte mindkettő szögimpulzusát. Emiatt gyorsabban forgott, kifújta és kifújta csillagképző anyagát.
Káprázatosan változatos UDG-k
A Dragonfly 44 vizsgálata közepette a csillagászok más ultradiffúz galaxisok hatalmas és változatos gyűjteményét is katalogizálták. A leletek arra kényszerítik őket, hogy arra a következtetésre jutottak, hogy a galaxisok többféleképpen alakulnak ki, mint azt tudták.
Úgy tűnik, egyes újonnan felfedezett UDG-kben teljesen hiányzik a sötét anyag. Van Dokkum csoportja azonosított egy ilyen galaxist 2018-ban, majd mások nyomát észlelte a közelben. Idén májusban a csapat sejtik in Természet hogy a nyom két galaxis réges-régi ütközésében alakult ki. Az ütközés lelassította a galaxisok gázáramlását, de sötét anyaguk tovább ment, mintha mi sem történt volna. A gáz ezután csillagcsomókká préselődött össze, végül sötétanyag-mentes galaxisok sorozatát alkotva.
Közben Bennet két UDG-t fedezett fel 2018-ban, amelyek egy másik formációelméletre utalnak. Úgy tűnik, hogy minden esetben egy nehéz közeli galaxis árapály-ereje hasította át az UDG-t, kifújta és ellopta a gázt. (Ez nem magyarázza meg a Dragonfly 44-et, amely túl messze van a nehéz galaxisoktól.)
Elképesztően, szeptemberi újság a közelmúltban történt csillagkeletkezésről számoltak be egy UDG-ben, ami ellentmond annak az elképzelésnek, hogy csak régi sztárokat rejtenek magukban.
Az UDG-k ilyen köre, amelyek kívülről ugyanúgy néznek ki, de belül különböznek, igazolhatják a sötét anyag elméletét a MOND felett. "Ha a csillagok nagyon gyorsan mozognak az egyik galaxisban, és nagyon lassan a másikban, az nagy probléma az alternatív elméletek számára" - mondta van Dokkum.
McGaugh egyetértett abban, hogy ha az UDG népességben „valódi kiugróak” vannak, „az valóban probléma a MOND számára”. Hozzátette azonban: „ettől még nem válik a sötét anyag jobb értelmezése”.
A végleges válaszokhoz új teleszkópokra lesz szükség. Az újonnan működő James Webb Űrteleszkóp már észlelte a távoli galaxisokat, ahogy azok a korai univerzumban kialakulásukkor megjelentek, ami segít a születőben lévő ötletek tesztelésében és finomításában.
„A legnagyobb előny az, hogy még mindig nem tudjuk, mi van odakint” – mondta van Dokkum. „Vannak olyan galaxisok, amelyeket nem fedeztünk fel, és amelyek nagyon nagyok, nagyon közel vannak, és szokatlan tulajdonságokkal rendelkeznek, és ezek nem szerepelnek a jelenlegi katalógusainkban az égbolt sok évtizedes tanulmányozása után sem.”
