Introducere
În 2016, astronomii au condus Pieter van Dokkum publicat de Universitatea Yale o hârtie bombă susținând descoperirea unei galaxii atât de slabe, dar atât de largă și grea, încât trebuie să fie aproape în întregime invizibilă. Ei au estimat că galaxia, numită Dragonfly 44, este 99.99% materie întunecată.
A urmat o dezbatere aprinsă cu privire la proprietățile lui Dragonfly 44, care rămâne nerezolvată. Între timp, au apărut peste 1,000 de galaxii la fel de mari, dar slabe.
Dragonfly 44 și soiul său sunt cunoscute ca galaxii ultra-difuze (UDG). Deși pot fi la fel de mari ca cele mai mari galaxii obișnuite, UDG-urile sunt excepțional de slabe - atât de slabe încât, în sondajele telescopice ale cerului, „este o sarcină de a filtra zgomotul fără a filtra accidental aceste galaxii”, a spus Paul Bennet, un astronom la Institutul de Știință al Telescopului Spațial din Baltimore. Gazul strălucitor de formare a stelelor care este abundent în alte galaxii pare să fi dispărut în UDG-uri, lăsând doar un schelet de stele în vârstă.
Existența lor a făcut furori în teoria evoluției galactice, care nu a reușit să le prezică. „Nu au apărut în simulări”, a spus van Dokkum. „Trebuie să faci ceva special pentru a face o galaxie atât de mare și slabă.”
Au apărut noi teorii sălbatice pentru a explica cum au apărut Dragonfly 44 și alte UDG-uri. Și aceste pete uriașe de lumină ar putea oferi dovezi proaspete ale mâinii invizibile a materiei întunecate.
Prea multă materie întunecată
Pe măsură ce gravitația aduce împreună aglomerări de gaz și stele, energiile și impulsurile lor combinate fac ca mashup-ul să se umfle și să se rotească. În cele din urmă, apare o galaxie.
Există o singură problemă. Pe măsură ce galaxiile se rotesc, ele ar trebui să se despartă. Ele nu par să aibă suficientă masă - și, prin urmare, gravitație - pentru a se lipi împreună. Conceptul de materie întunecată a fost inventat pentru a furniza gravitația lipsă. În această imagine, o galaxie se află în interiorul unui conglomerat mai mare de particule neluminoase. Acest „halo” de materie întunecată ține galaxia care se învârte împreună.
O modalitate de a estima viteza de rotație a unei galaxii și, prin urmare, conținutul său de materie întunecată, este numărarea clusterelor sale sferice de stele. „Nu știm de ce, din punct de vedere al teoriei”, a spus Bennet, dar numărul acestor „clustere globulare” se corelează strâns cu acele proprietăți mai greu de măsurat. În lucrarea din 2016, van Dokkum a numărat 94 de clustere globulare în interiorul Dragonfly 44 - un număr care a implicat un halou de materie întunecată extraordinar de mare, în ciuda cât de puțină materie vizibilă are galaxia.
Nimeni nu mai văzuse vreodată așa ceva. Van Dokkum și coautorii au sugerat că Dragonfly 44 ar putea fi o „Cale Lactee eșuată”: o galaxie cu un halou de materie întunecată de dimensiunea Căii Lactee, care a suferit un eveniment misterios de la început, care i-a jefuit gazul de formare a stelelor, lăsând-o cu nimic altceva decât stele îmbătrânite și un halou uriaș.
Sau Nicio materie întunecată
Obiectul a atras interesul unei alte tabere de astronomi care susțin că materia întunecată nu există deloc. Acești cercetători explică lipsa gravitației galaxiilor prin modificarea legii gravitației lui Newton, o abordare numită dinamică newtoniană modificată sau MOND.
Potrivit MOND, forța gravitațională modificată pentru fiecare galaxie este calculată din raportul masă-lumină al stelelor sale - masa lor totală împărțită la luminozitatea lor. Teoreticienii MOND nu speculează de ce forța ar depinde de acest raport, dar formula lor ad-hoc se potrivește cu vitezele observate ale majorității galaxiilor, fără a fi nevoie să invoce materia întunecată.
Când au apărut vești despre Dragonfly 44, avocatul MOND Stacy McGaugh, un astronom de la Case Western Reserve University, a calculat din raportul său masă-lumină că ar trebui să se rotească mai lent decât a indicat estimarea inițială a lui van Dokkum. Calculul MOND nu părea să se potrivească cu datele.
Introducere
Dar apoi, în 2019, grupul lui van Dokkum a redus viteza de rotație a lui Dragonfly 44 folosind date îmbunătățite. MOND a fost justificat. „Dragonfly 44 este un exemplu al modului în care aceste date evoluează pentru a fi de acord cu MOND”, a spus McGaugh.
Cu toate acestea, pentru majoritatea astronomilor, care cred în materia întunecată, viteza de rotație mai mică a sugerat doar că haloul lui Dragonfly 44 este mai mic decât credeau. În 2020, un grup independent a redus și mai mult haloul prin numărare dramatic mai puține clustere globulare, dar van Dokkum contestă acest rezultat. Deși dimensiunea halou-ului rămâne incertă, poate fi mai puțin masiv decât se presupunea inițial, sugerând că Dragonfly 44 nu este o Cale Lactee eșuată până la urmă.
Marea Galaxie Veche
O ciudățenie recent descoperită a agravat misterul.
In o hartie publicat în august, grupul lui van Dokkum a descoperit că Dragonfly 44 este extrem de veche, formându-se între 10 și 13 miliarde de ani în urmă.
Dar o galaxie atât de veche nu ar trebui să fie la fel de mare precum Dragonfly 44. Obiectele din universul timpuriu tind să fie mai compacte, deoarece s-au format înainte de expansiunea rapidă a universului.
Mai mult decât atât, o galaxie atât de veche, urâtă, ar fi trebuit să fie complet sfâșiată până acum. Faptul că Dragonfly 44 s-a ținut împreună implică faptul că are un halou puternic de materie întunecată, până la urmă - restabilind potențial ipoteza „Calea Lactee eșuată”. „Este o explicație foarte distractivă, așa că de aceea îmi place, dar nu știu dacă este corectă”, a spus van Dokkum.
O altă explicație, ipoteza „high spin”, presupune că două galaxii mici s-au fuzionat în timp ce se roteau în aceeași direcție, astfel încât galaxia rezultată, Dragonfly 44, a dobândit momentul unghiular al ambelor. Acest lucru a făcut-o să se rotească mai repede, umflându-l și explodând materialul său care produce stele.
UDG-uri uimitor de diverse
În mijlocul analizei Dragonfly 44, astronomii au catalogat, de asemenea, o colecție vastă și diversă de alte galaxii ultra-difuze. Descoperirile îi forțează să concluzioneze că galaxiile se formează în mai multe moduri decât știau ei.
Unele UDG-uri noi par să le lipsească în totalitate materia întunecată. grupul lui Van Dokkum a identificat o astfel de galaxie în 2018, apoi a zărit un traseu de alții în apropiere. În luna mai, echipa conjecturat in Natură că urma s-a format într-o coliziune de mult timp a două galaxii. Ciocnirea a încetinit fluxul de gaz al galaxiilor, dar materia lor întunecată a continuat să meargă ca și cum nimic nu s-ar fi întâmplat. Gazul s-a comprimat apoi în pâlcuri de stele, formând în cele din urmă un șir de galaxii fără materie întunecată.
Între timp, Bennet a descoperit două UDG-uri în 2018, asta indică o altă teorie a formării. În fiecare caz, forțele de maree dintr-o galaxie grea din apropiere par să fi rupt UDG, umflandu-l și furându-i gazul. (Acest lucru nu poate explica Dragonfly 44, care se află prea departe de galaxiile grele.)
În mod surprinzător, un ziar din septembrie a raportat formarea recentă de stele într-un UDG, contrazicând ideea că nu adăpostesc decât stele vechi.
O astfel de gamă de UDG-uri care arată la fel în exterior, dar diferă în interior, poate valida teoria materiei întunecate asupra MOND. „Dacă stelele se mișcă foarte repede într-o galaxie și foarte încet în cealaltă, aceasta este o mare problemă pentru acele teorii alternative”, a spus van Dokkum.
McGaugh a fost de acord că, dacă există „autentice valori aberante” în rândul populației UDG, „aceasta este într-adevăr o problemă pentru MOND”. Cu toate acestea, a adăugat el, „asta nu face automat ca materia întunecată să fie o interpretare mai bună”.
Răspunsurile definitive vor necesita telescoape noi. Telescopul spațial James Webb, nou operațional, a observat deja galaxii îndepărtate, așa cum au apărut atunci când se formau în universul timpuriu, ceea ce va ajuta la testarea și rafinarea ideilor în curs de dezvoltare.
„Marele concluzie este că încă nu știm ce este acolo”, a spus van Dokkum. „Există galaxii pe care nu le-am descoperit, care sunt foarte mari, foarte apropiate și au proprietăți neobișnuite și nu sunt în cataloagele noastre actuale nici după toate aceste decenii de studiu a cerului.”
