บทนำ
ในปี 2016 นักดาราศาสตร์นำโดย ปีเตอร์ ฟาน ด็อกคุม ของมหาวิทยาลัยเยลตีพิมพ์ กระดาษระเบิด อ้างว่าการค้นพบกาแลคซีสลัว แต่กว้างและหนักมากจนแทบจะมองไม่เห็นทั้งหมด พวกเขาคาดว่ากาแล็กซี่ที่เรียกว่าแมลงปอ 44 เป็นสสารมืด 99.99%
เกิดการถกเถียงกันอย่างดุเดือดเกี่ยวกับคุณสมบัติของ Dragonfly 44 ที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข ในขณะเดียวกัน กาแล็กซีขนาดจางแต่คล้ายคลึงกันมากกว่า 1,000 แห่งได้ปรากฏขึ้น
แมลงปอ 44 และวงศ์ตระกูลของมันเป็นที่รู้จักกันในนามกาแล็กซีกระจายแสงพิเศษ (UDGs) แม้ว่าอาจมีขนาดใหญ่เท่ากับดาราจักรสามัญที่ใหญ่ที่สุด แต่ UDG นั้นมืดมาก — ดังนั้นในการสำรวจด้วยกล้องโทรทรรศน์บนท้องฟ้าจึง “เป็นภารกิจในการกรองสัญญาณรบกวนออกโดยไม่กรองกาแล็กซีเหล่านี้ออกไปโดยไม่ได้ตั้งใจ” Paul Bennet กล่าว นักดาราศาสตร์ที่สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศในบัลติมอร์ ก๊าซที่ก่อตัวดาวฤกษ์สว่างซึ่งมีอยู่มากในดาราจักรอื่นดูเหมือนว่าจะหายไปใน UDG เหลือเพียงโครงกระดูกของดาวอายุมากเท่านั้น
การมีอยู่ของพวกมันทำให้เกิดความปั่นป่วนในทฤษฎีวิวัฒนาการทางช้างเผือก ซึ่งไม่สามารถทำนายได้ “พวกเขาไม่ได้ปรากฏตัวในการจำลอง” แวน ด็อกคุม กล่าว “คุณต้องทำอะไรเป็นพิเศษเพื่อสร้างกาแล็กซีที่ใหญ่และสลัว”
ทฤษฎีใหม่ที่ไม่ธรรมดาได้เกิดขึ้นเพื่ออธิบายว่า Dragonfly 44 และ UDG อื่นๆ เกิดขึ้นได้อย่างไร และรอยเปื้อนของแสงขนาดยักษ์เหล่านี้อาจเป็นหลักฐานใหม่เกี่ยวกับมือที่มองไม่เห็นของสสารมืด
สสารมืดมากเกินไป
เมื่อแรงโน้มถ่วงนำกลุ่มก๊าซและดาวฤกษ์มารวมกัน พลังงานและโมเมนตัมที่รวมกันของพวกมันจะทำให้การรวมกลุ่มพองตัวและหมุนวน ในที่สุดก็เกิดกาแล็กซี
มีปัญหาเพียงอย่างเดียว เมื่อกาแล็กซีหมุนรอบตัว กาแล็กซีก็ควรจะแยกออกจากกัน ดูเหมือนว่าพวกมันจะมีมวลไม่เพียงพอที่จะเกาะติดกัน แนวคิดเรื่องสสารมืดถูกประดิษฐ์ขึ้นเพื่อให้แรงโน้มถ่วงที่หายไป ในภาพนี้ ดาราจักรตั้งอยู่ในกลุ่มอนุภาคที่ไม่เรืองแสงขนาดใหญ่ขึ้น “รัศมี” สสารมืดนี้ยึดกาแล็กซีที่หมุนอยู่ไว้ด้วยกัน
วิธีหนึ่งในการประมาณความเร็วการหมุนของดาราจักร และเนื้อหาของสสารมืด คือการนับกระจุกดาวทรงกลม “เราไม่รู้ว่าทำไม จากมุมมองของทฤษฎี” เบนเน็ตกล่าว แต่จำนวนของ “กระจุกดาวทรงกลม” เหล่านี้สัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับคุณสมบัติที่วัดได้ยากกว่าเหล่านั้น ในรายงานฉบับปี 2016 Van Dokkum ได้นับกระจุกดาวทรงกลม 94 กระจุกภายใน Dragonfly 44 ซึ่งเป็นตัวเลขที่บอกเป็นนัยถึงรัศมีสสารมืดขนาดใหญ่พิเศษ แม้ว่าจะมีสสารที่มองเห็นได้เพียงเล็กน้อยของกาแลคซี
ไม่มีใครเคยเห็นอะไรแบบนี้มาก่อน Van Dokkum และผู้เขียนร่วมแนะนำว่า Dragonfly 44 อาจเป็น "ทางช้างเผือกที่ล้มเหลว": กาแลคซีที่มีรัศมีสสารมืดขนาดทางช้างเผือกที่ได้รับเหตุการณ์ลึกลับในช่วงต้นที่ปล้นก๊าซที่ก่อตัวดาวของมันทิ้งไว้ ไม่มีอะไรเลยนอกจากดวงดาวที่แก่ชราและรัศมียักษ์
หรือไม่มีสสารมืด
วัตถุนี้ดึงดูดความสนใจของนักดาราศาสตร์อีกกลุ่มหนึ่งซึ่งโต้แย้งว่าสสารมืดไม่มีอยู่จริงเลย นักวิจัยเหล่านี้อธิบายความโน้มถ่วงที่หายไปของกาแลคซีด้วยการปรับกฎแรงโน้มถ่วงของนิวตันแทน วิธีการที่เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงของนิวตันหรือ MOND
ตามข้อมูลของ MOND แรงโน้มถ่วงที่ดัดแปลงสำหรับแต่ละดาราจักรคำนวณจากอัตราส่วนมวลต่อแสงของดาวฤกษ์ของมัน ซึ่งมวลรวมของพวกมันหารด้วยความส่องสว่าง นักทฤษฎี MOND ไม่ได้คาดเดาว่าทำไมแรงจะขึ้นอยู่กับอัตราส่วนนี้ แต่สูตรเฉพาะของพวกมันตรงกับความเร็วที่สังเกตได้ของกาแลคซีส่วนใหญ่โดยไม่จำเป็นต้องเรียกสสารมืด
เมื่อมีข่าวเกี่ยวกับแมลงปอ 44 ผู้สนับสนุน MOND สเตซี่ แม็กกัฟนักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัย Case Western Reserve คำนวณจากอัตราส่วนมวลต่อแสงที่ควรจะหมุนช้ากว่าค่าประมาณเริ่มต้นของ Van Dokkum ที่ระบุไว้ การคำนวณ MOND ดูเหมือนจะไม่ตรงกับข้อมูล
บทนำ
แต่แล้วในปี 2019 กลุ่มของ Van Dokkum ก็ปรับลดความเร็วการหมุนของ Dragonfly 44 ลง โดยใช้ข้อมูลที่ได้รับการปรับปรุง. MOND ได้รับการพิสูจน์แล้ว “แมลงปอ 44 เป็นตัวอย่างของข้อมูลที่พัฒนาขึ้นเพื่อให้สอดคล้องกับ MOND” McGaugh กล่าว
อย่างไรก็ตาม สำหรับนักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่ที่เชื่อในเรื่องสสารมืด ความเร็วในการหมุนที่ช้ากว่านั้นบ่งบอกว่ารัศมีของ Dragonfly 44 นั้นเล็กกว่าที่พวกเขาคิด ในปี 2020 กลุ่มอิสระได้ลดขนาดรัศมีลงอีกโดยการนับ กระจุกดาวทรงกลมน้อยลงอย่างมากแต่ Van Dokkum โต้แย้งผลลัพธ์นี้ แม้ว่าขนาดของรัศมีจะยังคงไม่แน่นอน แต่ก็อาจมีขนาดใหญ่น้อยกว่าที่คาดไว้ในตอนแรก ซึ่งบ่งบอกว่าแมลงปอ 44 ไม่ใช่ทางช้างเผือกที่ล้มเหลวเลย
กาแล็กซี่เก่าใหญ่
ความแปลกประหลาดที่ค้นพบใหม่ได้รวมความลึกลับ
In กระดาษ ตีพิมพ์ในเดือนสิงหาคม กลุ่มของ Van Dokkum พบว่า Dragonfly 44 นั้นเก่าแก่มาก โดยก่อตัวขึ้นระหว่าง 10 พันล้านถึง 13 พันล้านปีก่อน
แต่ดาราจักรเก่าเช่นนี้ไม่ควรมีขนาดใหญ่เท่ากับแมลงปอ 44 วัตถุในยุคแรกๆ ของเอกภพมีแนวโน้มที่จะมีขนาดเล็กลงเนื่องจากก่อตัวขึ้นก่อนการขยายตัวอย่างรวดเร็วของเอกภพ
ยิ่งกว่านั้น กาแล็กซีเก่าที่ไร้เกลียวเช่นนี้น่าจะถูกฉีกออกเป็นชิ้นๆ ไปแล้วในตอนนี้ แมลงปอ 44 ที่รวมตัวกันบอกเป็นนัยว่ามันมีรัศมีสสารมืดที่หนักหน่วงซึ่งอาจช่วยฟื้นฟูสมมติฐาน "ทางช้างเผือกที่ล้มเหลว" “นั่นเป็นคำอธิบายที่สนุกจริงๆ ดังนั้นฉันจึงชอบมัน แต่ฉันไม่รู้ว่ามันถูกต้องหรือเปล่า” ฟาน ด็อกคุม กล่าว
คำอธิบายอีกประการหนึ่ง สมมติฐาน "การหมุนสูง" ระบุว่าดาราจักรขนาดเล็กสองแห่งมารวมกันในขณะที่หมุนไปในทิศทางเดียวกัน ทำให้กาแลคซีที่เป็นผลลัพธ์ Dragonfly 44 ได้รับโมเมนตัมเชิงมุมของทั้งสอง สิ่งนี้ทำให้มันหมุนเร็วขึ้น พ่นออกมาและเป่าวัสดุที่สร้างดาวออกมา
UDGs ที่หลากหลายอย่างน่าตื่นตา
ท่ามกลางการพิจารณาของแมลงปอ 44 นักดาราศาสตร์ยังได้จัดทำรายการกาแลคซี่กระจายแสงพิเศษอื่น ๆ มากมายและหลากหลาย การค้นพบนี้บังคับให้พวกเขาสรุปว่ากาแลคซีก่อตัวขึ้นในรูปแบบต่างๆ มากกว่าที่พวกเขารู้
UDG ที่เพิ่งค้นพบบางรายการดูเหมือนจะไม่มีสสารมืดเลย วงแวนดอกคุม ระบุหนึ่งในกาแลคซีดังกล่าว ในปีพ.ศ. 2018 ก็พบร่องรอยของผู้อื่นในบริเวณใกล้เคียง พฤษภาคมนี้ ทีมงาน คาดคะเน in ธรรมชาติ ว่าเส้นทางนั้นก่อตัวจากการชนกันของดาราจักรสองกาแล็กซี่เมื่อนานมาแล้ว การชนกันทำให้การไหลของก๊าซของดาราจักรช้าลง แต่สสารมืดของพวกมันยังคงดำเนินต่อไปราวกับว่าไม่มีอะไรเกิดขึ้น จากนั้นก๊าซจะบีบอัดเป็นกระจุกของดาวฤกษ์ ในที่สุดก็ก่อตัวเป็นกาแลคซีที่ปราศจากสสารมืด
ในขณะเดียวกัน Bennet ค้นพบสอง UDGs ในปี 2018 ซึ่งชี้ให้เห็นถึงทฤษฎีการก่อตัวที่แตกต่างกัน ในแต่ละกรณี พลังน้ำขึ้นน้ำลงจากดาราจักรหนักที่อยู่ใกล้ๆ ดูเหมือนจะทะลุผ่าน UDG พ่นมันออกมาและขโมยก๊าซของมันไป (สิ่งนี้ไม่สามารถอธิบาย Dragonfly 44 ซึ่งอยู่ไกลจากกาแลคซี่หนักเกินไป)
น่าสงสัย หนังสือพิมพ์ฉบับเดือนกันยายน รายงานการก่อตัวดาวฤกษ์เมื่อเร็วๆ นี้ใน UDG ซึ่งขัดแย้งกับแนวคิดที่ว่าดาวเหล่านี้กักเก็บเฉพาะดาวฤกษ์เก่าเท่านั้น
UDG ต่างๆ ที่มีลักษณะภายนอกเหมือนกันแต่ภายในต่างกันอาจตรวจสอบทฤษฎีสสารมืดเหนือ MOND “หากดาวฤกษ์เคลื่อนที่เร็วมากในดาราจักรหนึ่งและอีกดวงหนึ่งช้ามาก นั่นเป็นปัญหาใหญ่สำหรับทฤษฎีทางเลือกเหล่านั้น” แวน โดกคุม กล่าว
McGaugh เห็นด้วยว่าหากมี "ค่าผิดปกติ" ในหมู่ประชากร UDG "นั่นเป็นปัญหาสำหรับ MOND" อย่างไรก็ตาม เขากล่าวเสริมว่า “นั่นไม่ได้ทำให้สสารมืดตีความได้ดีขึ้นโดยอัตโนมัติ”
คำตอบที่ชัดเจนจะต้องมีกล้องโทรทรรศน์ใหม่ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ที่เพิ่งเปิดดำเนินการได้ค้นพบกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลในขณะที่พวกมันก่อตัวขึ้นในเอกภพยุคแรก ซึ่งจะช่วยทดสอบและปรับแต่งแนวคิดที่เพิ่งเกิดขึ้นใหม่
“ประเด็นสำคัญคือเรายังไม่รู้ว่าข้างนอกมีอะไรบ้าง” แวน ดอกคุม กล่าว “มีกาแล็กซีที่เราไม่เคยค้นพบมาก่อนซึ่งมีขนาดใหญ่มาก ใกล้มาก และมีคุณสมบัติที่ผิดปกติ และพวกมันก็ไม่ได้อยู่ในแคตตาล็อกปัจจุบันของเรา แม้ว่าจะศึกษาท้องฟ้ามาหลายทศวรรษแล้วก็ตาม”
