پازل یک کهکشان بدون ماده تاریک

19 جولای 2023 -توسط Instituto de Astrofísica de Canarias

مقایسه بین یک کهکشان معمولی (ESO 325-G004) پوشیده شده در هاله ای از ماده تاریک، که سنگین ترین صفحه را در مقیاس وزنی اشغال می کند، و کهکشان NGC 1277 (در سمت چپ)، که در آن مطالعه توزیع جرم عدم وجود ماده تاریک را آشکار می کند. اعتبار: طراحی: گابریل پرز دیاز (IAC).

تیمی از دانشمندان به رهبری محقق IAC و دانشگاه لا لاگونا (ULL) سباستین کومرون، دریافتند که کهکشان NGC 1277 حاوی ماده تاریک نیست. این اولین باری است که یک کهکشان عظیم ( جرمی چندین برابر کهکشان راه شیری دارد) شواهدی برای این جزء نامرئی کیهان نشان نداده است. کامرون توضیح می‌دهد: «این نتیجه با مدل‌های کیهانی پذیرفته‌شده در حال حاضر، که شامل ماده تاریک است، مطابقت ندارد».

در کیهان شناسی مدل استاندارد کنونی کهکشان های عظیم حاوی مقادیر قابل توجهی ماده تاریک هستند، نوعی ماده که مانند ماده معمولی برهم کنش نمی کند. تنها شواهد وجود آن کشش گرانشی قوی است که بر ستارگان و گازهای اطراف اعمال می کند و این برهم کنش قابل مشاهده است.

NGC 1277 یک نمونه اولیه “کهکشان یادگار” در نظر گرفته می شود که به معنای کهکشانی است که هیچ تعاملی با همسایگان خود نداشته است. کهکشان هایی از این نوع بسیار نادر هستند و آنها را بقایای کهکشان های غول پیکری می دانند که در روزهای اولیه کیهان شکل گرفته اند.

کومرون توضیح می‌دهد: «اهمیت کهکشان‌های باقی‌مانده در کمک به ما برای درک چگونگی شکل‌گیری اولین کهکشان‌ها دلیلی بود که ما تصمیم گرفتیم NGC 1277 را با یک طیف‌نگار میدان انتگرال رصد کنیم.» او می‌گوید: «از طیف‌ها، نقشه‌های سینماتیکی ساختیم که به ما امکان می‌داد تا توزیع جرم در کهکشان را تا شعاع 20000 سال نوری بررسی کنیم.»

این تیم کشف کردند که توزیع جرم در NGC 1277 فقط توزیع ستارگان است، و از آن استنباط کردند که در شعاع مشاهده شده نمی‌تواند بیش از 5 درصد ماده تاریک وجود داشته باشد، اگرچه مشاهدات با فقدان کامل این جزء مطابقت دارد.

با این حال، مدل‌های کیهان‌شناسی کنونی پیش‌بینی می‌کنند که کهکشانی با جرم NGC 1277 باید حداقل 10 درصد جرم خود را به شکل ماده تاریک و حداکثر 70 درصد در این شکل داشته باشد. ایگناسیو تروجیلو، محقق IAC و ULL که در این مطالعه شرکت کرد، خاطرنشان می کند: «این اختلاف بین مشاهدات و آنچه ما انتظار داریم یک پازل است و شاید حتی یک چالش برای مدل استاندارد باشد.

این مقاله دو توضیح احتمالی برای فقدان ماده تاریک در NGC 1277 ارائه می‌کند. آنا فر-ماتئو، محقق در IAC و ULL که همچنین در مطالعه شرکت داشت، می‌گوید: «یکی از این‌ها این است که برهمکنش گرانشی با محیط اطراف در خوشه کهکشانی که این کهکشان در آن قرار دارد، ماده تاریک را از بین برده است. مورد دیگر این است که ماده تاریک زمانی از منظومه بیرون رانده شد که کهکشان از ادغام قطعات پیش کهکشانی شکل گرفت که باعث پیدایش کهکشان باقیمانده شد.

برای نویسندگان این مطالعه هیچ یک از این توضیحات کاملاً رضایت بخش نیست، “بنابراین پازل چگونگی شکل گیری یک کهکشان عظیم بدون ماده تاریک همچنان یک معما باقی می ماند.” به منظور ادامه تحقیق در مورد این راز، تیم قصد دارد مشاهدات جدیدی را با ابزار WEAVE روی تلسکوپ ویلیام هرشل (WHT) در رصدخانه Roque de los Muchachos در جزیره قناری لا پالما انجام دهد.

اگر این نتیجه – که NGC 1277 ماده تاریک ندارد – تأیید شود، مدل‌های جایگزین برای ماده تاریک، یعنی نظریه‌هایی که در آنها گرانش تغییر می‌کند و بخش عمده‌ای از جاذبه گرانشی در کهکشان‌ها به دلیل تغییر جزئی در قانون گرانش در مقیاس‌های بزرگ است، تردید جدی ایجاد می‌کند. تروجیلو خاطرنشان می کند: «اگرچه ماده تاریک در یک کهکشان خاص می تواند از بین برود، یک قانون گرانش اصلاح شده باید جهانی باشد، نمی تواند استثناهایی داشته باشد، به طوری که یک کهکشان بدون ماده تاریک، رد این نوع جایگزین برای ماده تاریک است».

این یافته ها در مجله Astronomy & Astrophysics منتشر شده است.