Există o energie întunecată care face ca universul să se extindă și materia întunecată care ține grupuri masive și ciorchini de stele. Toate galaxiile cunoscute conțin de aproximativ cinci ori mai multă materie întunecată decât în mod normal. Cu toate acestea, există o galaxie în care materia întunecată este aproape complet absentă. Este o galaxie o problemă întunecată, sau se întâmplă ceva mai complicat aici?
Universul nostru nu este ca noi. Suntem alcătuiți din atomi și alte forme de materie obișnuită, în timp ce, conform datelor observațiilor cosmice, cea mai mare parte a Universului constă în materie întunecată. Există o energie întunecată care face ca universul să se extindă și materia întunecată care ține grupuri masive și ciorchini de stele. În toate galaxiile cunoscute, există de aproximativ cinci ori mai multă materie întunecată decât de obicei, ceea ce duce la efectele gravitaționale pe care le observăm.
Dar există și excepții. Anul acesta, astronomii au descoperit una dintre cele mai misterioase galaxii, care este desemnată NGC 1052-DF2. Este împrăștiat, dimensiunea Căii Lactee, dar are mai mult de o sută de ori mai puține stele decât a noastră. Primele observații au arătat că nu există aproape nicio materie întunecată (sau poate nu aproape). Este o galaxie o problemă întunecată, sau se întâmplă ceva mai complicat aici? 2018 se apropie, iar acest lucru am învățat până acum.
Când Universul a apărut în forma pe care o știm, era cald, dens, aproape perfect omogen. S-a extins și a fost umplut cu materie și radiații. Pe măsură ce s-a extins, s-a răcit și, din această cauză, radiațiile pierdeau energie. Când materia a început să domine în Univers, forța gravitației a început să atragă masa suplimentară în zonele superdense. Acest lucru a dus la formarea de grupuri de gaze, stele, ciorchini de stele și, în cele din urmă, galaxii.
Universul a început să crească exact în acest fel: mai întâi la cel mai mic ritm și la scară mică. Într-un univers în care densitatea medie este aceeași peste tot, o scară liniară mai mică înseamnă mai puțin masă. Atunci când stelele noi se formează la scară mică, vântul, radiațiile și supernovele rezultate pot expulza cantități mari de materie obișnuită din interior. Drept urmare, multe galaxii la scară mică pe care le observăm astăzi au un raport diferit între materia întunecată și cea obișnuită, mai degrabă decât standardul cinci la unu.
Dar la o scară mai mare, pe măsură ce galaxiile se extind și devin dimensiunea Calea Lactee, acest raport cinci la unu devine aproape omniprezent. Chiar și cele mai mari valuri de formare a stelelor nu pot expulza cantități semnificative de materie din galaxie. Materia obișnuită poate fi extrasă din galaxia sa de origine doar prin călătorii rapide prin grupuri de galaxii. Iar acele galaxii care se află în afara unor astfel de ciorchini pot fi calme.
Acesta este motivul pentru care NGC 1052-DF2 a fost o mare surpriză. Cu aceleași dimensiuni fizice ca Calea Lactee, nu are caracteristicile pe care le găsim în galaxia noastră. Aceasta nu este o spirală, nu are disc, nu are o îngroșare centrală, iar numărul de stele din ea este doar o jumătate de procent din numărul de stele din galaxia noastră. De asemenea, nu este o galaxie eliptică, deci diferă de a noastră nu numai ca tip. Dar toate acestea sunt prostii în comparație cu ciudățile pe care le găsim în ea.
Există mai mult de 100 de grupuri de stele globulare pe Calea Lactee, care sunt împrăștiate sub formă de halo în toată galaxia noastră. Aceste obiecte sunt în principal clustere de sute de mii sau chiar milioane de stele, care sunt concentrate într-o regiune sferică pe o rază de doar câteva zeci de ani lumină. În cele mai multe cazuri, ele au format stele toate odată, cu multe miliarde de ani în urmă, iar stelele lor se mișcă în interior, în conformitate cu legile gravitației. Și pe Calea Lactee, aceste grupuri globulare se vor amesteca unele față de altele la o viteză de sute de kilometri pe secundă. Acest lucru este în concordanță cu faptul că Calea Lactee are un inel mare și masiv de materie întunecată.
Video promotional:
Dar NGC 1052-DF2 este o poveste diferită. Această galaxie are în general grupuri globulare comune. Aceste grupuri globulare sunt puțin mai mari decât ale noastre, dar acest lucru nu este surprinzător. Uimitor în altceva. Toate au cam aceeași viteză.
Această observație pare teribil de dubioasă. În orice galaxie, trebuie să existe o relație între modul în care obiectele rapide se mișcă în interior și care este masa gravitațională totală a compoziției lor. Această relație se manifestă în moduri diferite, în funcție de modul în care îl privești. Dar poate cel mai simplu mod de a opera este energia. Există un echilibru între energia potențială și cea cinetică.
Când există o asemenea grămadă de obiecte în galaxie, care sunt afectate de aceeași masă totală, ne putem aștepta ca unele dintre aceste obiecte să se apropie de noi, iar unele se vor îndepărta. Se poate aștepta ca, cu cât masa totală este mai mare, cu atât diferența de viteză este mai mare între obiectele care se apropie cel mai rapid și cele care se apropie. Astronomii numesc uneori această dispersie a vitezei, care este distribuția cât de repede se mișcă diferite obiecte unul față de celălalt.
În Calea Lactee, dispersia vitezei este mare între grupurile globulare, în medie de ± 200-300 km / s, ceea ce este similar cu viteza Soarelui în jurul centrului galaxiei. Cu toate acestea, în NGC 1052-DF2, mișcările grupurilor globulare sunt atât de nesemnificative încât pare că există foarte puțină masă și practic nu există loc pentru materia întunecată.
Este posibil să apară o eroare în măsurători, dar este puțin probabil. Este, de asemenea, posibil să nu existe practic materie întunecată în astfel de galaxii, dar acest scenariu contrazice presupunerile teoretice. Dar înainte de a începe să vorbim despre eroarea măsurătorilor și teoriile noastre, este important să excludem cea mai probabilă posibilitate în astfel de cazuri: că măsurătorile sunt corecte și că materia întunecată există.
Dacă da, am avea nevoie de o metodă independentă pentru măsurarea materiei întunecate.
Există un mod evident de a arăta că măsurătorile sunt corecte și galaxia conține încă materie întunecată: dacă grupurile globulare în mișcare observate nu ar fi indicat modul în care materia se mișcă efectiv în galaxie. Din adâncimile Căii Lactee, putem observa că grupurile globulare sunt distribuite uniform în ea. Dar dacă găsim clustere globulare numai în cele mai îndepărtate puncte ale orbitei lor din centrul NGC 1052-DF2, atunci acestea se apleacă spre dispersii cu viteză artificială mică.
Nu este clar de ce este așa, dar situat la o distanță de 65 de milioane de ani-lumină, NGC 1052-DF2 este incomod de observat. Aceasta este exact linia dincolo de care Hubble nu vede stele individuale. Și întrucât este o galaxie extrem de răspândită, măsurătorile sunt și mai dificile acolo. Dar dacă colectați un număr mare de măsurători spectrale în întreaga galaxie, apoi le adăugați, puteți măsura dispersia vitezei stelelor în cadrul galaxiei.
Aceasta este o măsurare mai directă a masei galactice în comparație cu măsurările globale de grup. Determinând modul în care toate stelele se mișcă în interior, obținem o idee mai bună despre cum se mișcă stelele din interior în raport cu galaxia în ansamblu.
În loc de câteva măsurători punctuale pe care le folosim pentru a obține masa internă, avem la dispoziție un set mai mare de date mai consistente. Grupurile globulare prezintă o deplasare relativă foarte mică, ceea ce indică faptul că există prea puțină masă și puțină materie întunecată. Dar există o presupunere mare aici. Pornim de la presupunerea că măsurătorile mai multor grupuri globulare caracterizează mișcarea stelelor în interior.
Când oamenii de știință au luat aceste măsurători, au aflat că stelele din interior se mișcă unele față de altele.
Acestea sunt primele rezultate ale analizei spectrale a stelelor din interiorul unei galaxii super-împrăștiate, dar arată că dispersia vitezei există încă. Este doar o mică parte din dispersia vitezei din Calea Lactee, deoarece viteza este de ± 16 km / s, dar acest lucru este destul de normal pentru o galaxie super-împrăștiată. Calculele de masă mai exacte pentru stelele din interiorul galaxiei, mai degrabă decât pe baza mai multor grupuri globulare indică faptul că trebuie să existe încă o cantitate semnificativă de materie întunecată în interior.
Chiar și atunci când dispersia vitezei stelelor este mică, la ± 16 km / s, acest lucru este suficient pentru a pune la îndoială rezultatele anterioare care indică absența materiei întunecate. În plus, echipa care a efectuat aceste măsurători a măsurat, de asemenea, două grupuri de stele suplimentare și a îmbunătățit rezultatele altor cinci măsurători și au descoperit că dispersia internă a vitezei pentru aceste 12 clustere totalizează ± 10,5 km / s.
Ar fi corect să spunem că galaxiile există de orice fel - sub formă, dimensiune, densitate și masă. În ciuda a ceea ce știm, suntem încă în proces de a învăța despre cum se formează, se dezvoltă și cresc în univers. Dar de fiecare dată când avem o observație uimitoare, trebuie să verificăm mai întâi dacă va găsi confirmare dacă facem aceeași observație folosind o metodă diferită.
Noile observații nu dovedesc existența materiei întunecate, dar înlătură principalul motiv al îndoielii. Nu avem acum un obiect separat care nu are explicații cosmice, ci un obiect care să corespundă observațiilor multor alte obiecte similare din aceeași clasă. NGC 1052-DF2 este un obiect interesant demn de studiere ulterioară, dar este puțin probabil să lipsească complet de materie întunecată. Observația este întotdeauna cea mai bună referință, dar acest rezultat subliniază cât de important este verificarea independentă a muncii depuse înainte de a ajunge la concluzii grandioase și revoluționare.
Ethan Siegel
