Галактики джуджета без тъмна материя? Нови хипотези, представени с помощта на Gaia

Около нашата Галактика обикалят множество малки, слабо осветени галактики. Това са т.нар. галактики джуджета, за които дълго време се смяташе, че са древни спътници на Млечния път, които обикалят около него от близо 10 милиарда години.

Новото изследване, базирано на ранно публикувани данни от телескопа Gaia на ESA от декември 2020 г., показва, че това не е съвсем така. Нещо повече, то показва, че повечето галактики джуджета могат да бъдат унищожени скоро след като навлязат в галактическото хало. А много от галактиките, които наблюдаваме в момента, са възникнали в късен етап от историята на галактиката – констатация, която съответства на липсата на тъмна материя.

Изследването, ръководено от астрономи от обсерваторията Paris-PSL, Националния център за научни изследвания (CNRS) и Института за астрофизика „Лайбниц“ в Потсдам (AIP), повдига важни въпроси за стандартния космологичен модел, по-специално за разпространението на тъмната материя в ореола на нашия Млечен път.

Галактики джуджета, заснети наскоро

Хипотезата, че галактиките джуджета около Млечния път са древни спътници, които обикалят около него от 10 милиарда години, предполага наличието в тях на колосално количество тъмна материя, която ги предпазва от огромното приливно влияние на силното гравитационно привличане на Галактиката. Затова се предполагаше, че наличието на тъмна материя е причина за наблюдаваните големи разлики в скоростта на звездите в тези галактики джуджета.

Данните от EDR3 Gaia обаче разкриха една напълно различна представа за свойствата на галактиките джуджета. По-конкретно, учените са използвали орбиталната енергия като параметър за датиране на тяхната история. Оказа се, че обектите, заснети в началото на формирането на Млечния път, когато той все още е бил по-малък, имат по-ниски орбитални енергии от тези, наскоро заснети в галактическото хало.

Gaia потвърждава, че орбиталните енергии на повечето галактики джуджета, обикалящи около Млечния път, са изненадващо по-високи от тези на галактиката джудже Стрелец, за която знаем, че е била уловена в халото преди 5-6 милиарда години. Това означава, че повечето галактики джуджета са се появили много по-късно, преди по-малко от три милиарда години.

Последици: галактиките са извън равновесие

Подобно скорошно появяване предполага, че съседните галактики джуджета са извън халото. В тази област почти всички галактики джуджета съдържат огромни запаси от неутрален газ. Богатите на газ галактики са загубили своя газ при сблъсъка си с горещия газ на галактичното хало. Силните удари и турбулентността, които са се появили в резултат на това, са променили напълно галактиките джуджета.

Докато при богатите на газ галактики джуджета е преобладавало въртенето на газа и звездите, когато те се превръщат в безгазови системи, гравитацията им се балансира от случайните движения на останалите звезди.

Галактиките джуджета губят газа си в процес, който е толкова интензивен, че ги изкарва от равновесие. Това означава, че скоростта на звездите вече не е в равновесие с гравитационното им ускорение. Комбинираният ефект от загубата на газ и гравитационните сътресения, причинени от потъването на Млечния път, обяснява дифузните скорости на звездите в останалата част на галактиката джудже.

Ролята на тъмната материя и въпроси без отговор

Липсата на равновесие не позволява да се оцени динамичната маса на галактиките джуджета от Млечния път, както и съдържанието на тъмна материя в тях. Нещо повече, докато в предишния сценарий, предполагащ, че галактиките джуджета са древни спътници, тъмната материя „защитаваше“ предполагаемата им стабилност, сега говоренето за тъмна материя става почти „прекалено“ за тези неравновесни обекти. Всъщност, ако галактиката джудже вече е съдържала голямо количество тъмна материя, тя би стабилизирала първоначалния й диск от въртящи се звезди, предотвратявайки превръщането й в галактика със случайни движения на звездите, каквато наблюдаваме.

В същото време хипотезата, че галактиките джуджета наскоро са се завъртели и са се превърнали в галактики хало, обяснява добре много от наблюдаваните свойства на тези обекти, по-специално защо те имат звезди на голямо разстояние от центъра си. Техните свойства изглеждат съвместими с отсъствието на тъмна материя, което противоречи на установеното мнение за галактиките джуджета като обекти, в които най-силно доминира тъмната материя.

Това поражда редица въпроси. На първо място, къде са сега многото галактики джуджета, доминирани от тъмна материя, които стандартният космологичен модел предвижда около Млечния път. И след това, какви наблюдения могат да ни помогнат да разграничим неравновесните галактики джуджета, идентифицирани по данните от Gaia, от тези, които отговарят на класическата картина и са доминирани от тъмна материя.

По принцип една от най-големите загадки на съвременната космология е тъмната материя – мистериозно вещество, което не може да се наблюдава пряко, но участва в гравитационните взаимодействия. Изследователите са на мнение, че тъмната материя може да обясни не само редица астрофизични явления, като движението и струпването на галактики, но и самия произход на живота. Само че тази мистериозна материя е напълно невидима, тъй като не излъчва светлина или енергия и затова е невъзможно да бъде открита