В ранних галактиках обнаружили нехватку темной материи

Международная группа астрономов обнаружила шесть древних галактик с чрезвычайно малой долей темной материи в них. Эти объекты находятся так далеко, что телескопы видят их такими, какими они были спустя всего три-четыре миллиарда лет после Большого Взрыва. На необычное свойство указала скорость вращения звезд в них. Это означает, что в ранней Вселенной обычная барионная материя конденсировалась в центрах гало темной материи эффективнее, чем сейчас. Ученые отмечают, что подобные наблюдения помогут уточнить модель возникновения галактик, подобных Млечному Пути, — по своим параметрам обнаруженные объекты напоминают нашу Галактику такой, какой она была десять миллиардов лет назад. Исследование опубликовано в Nature, кратко о нем сообщает Physics Word.

Модель возникновения галактик описана сейчас лишь в общих чертах. Согласно одной из общепризнанных теорий галактики возникают из слияния нескольких звездных скоплений. Концентрирование обычной (барионной) материи ассоциировано с образованием гало темной материи вокруг галактики. На существование этого гало у галактик-ровесниц Млечного Пути указывает необычное распределение скоростей вращения звезд. Если бы гало отсутствовало, то удаление от центра галактики приводило бы к постепенному снижению скорости материи диска. Однако, согласно многочисленным наблюдениям, эта скорость растет с удалением от центра, выходя на плато. Объяснить это удается лишь с помощью введения темной материи, плотность которой растет вблизи границ галактики. 

Авторы новой работы обнаружили шесть крупных галактик, в которых скорость барионной материи падает с удалением от центра. Находка была сделана в рамках обзора сотни удаленных галактик с помощью 8,2-метрового Очень большого телескопа (VLT) Южной европейской обсерватории. Все они относятся к пиковому периоду формирования звезд — примерно 10 миллиардам лет назад. Ученые оценивали скорость вращения разных участков галактик по доплеровскому сдвигу излучения атомарного водорода в их составе. Из-за вращения одна половина галактики словно бы движется к наблюдателю, а другая — от наблюдателя, соответствующее им излучение кажется в первом случае «голубее», во втором — «краснее». Огромное разрешение VLT позволило определить сдвиг для отдельных частей галактических дисков. 

Эти галактики можно назвать идеальными объектами исследования по двум причинам. Во-первых, они обладают среднестатистическими темпами звездообразования для своей эпохи — 50-200 масс Солнца в год. Во-вторых, их масса примерно соответствует массе Млечного Пути или слегка ее превышает. Таким образом, вероятно, это не экзотические объекты, поведение которых может быть связано с неизвестными факторами, а вполне стандартные галактики своей эпохи. Это помогут подтвердить дальнейшие наблюдения и статистический анализ.

Ученые объясняют нестандартное поведение материи в галактике чрезвычайно большим потоком газа, стягивающимся из межгалактического пространства. Это, вместе с многочисленными вспышками сверхновых, замедляло вращение внешней части диска галактики. Одновременно с этим происходило пространственное разделение газа и темной материи. Из-за того, что последняя слабо взаимодействует с обычным веществом, газ гораздо быстрее терял свою энергию и концентрировался в центральных областях галактик. Это приводило к тому, что в центре галактики доминировала обычная барионная материя. Доля темной материи в исследованных галактиках на расстоянии половины радиуса от центра в ряде случаев не превышала семи-восьми процентов. Для сравнения, по современным данным Вселенная состоит примерно на пять процентов из барионов и на 27 процентов из темной материи. 

Интересно, что темная материя в момент, наблюдаемый учеными, еще не находится в равновесии. Ее гало в галактиках непрерывно растет и из его динамики можно попытаться получить новые ограничения на свойства этой неизученной формы материи. Более сложная задача, стоящая перед исследователями — описать переход между древним состоянием, в котором в галактике доминирует барионная материя к современному, в котором доминирует темная материя. 

Ранее мы сообщали о создании самых детальных карт распределения темной материи в скоплениях галактик. Несмотря на то, что существование темной материи было показано более 50 лет назад, ученым до сих пор не удалось определить, что она из себя представляет и детектировать отдельные ее частицы. 

Владимир Королёв