Galaktyka bez ciemnej materii? DF9 to już trzeci taki wyjątek we Wszechświecie

Większość galaktyk we Wszechświecie zachowuje się tak, jakby niosła ze sobą gigantyczny, niewidzialny bagaż. Ten dodatkowy ciężar — ciemna materia — stanowi klej, który spaja wirujące gwiazdy. Co jednak, gdy klej znika? W łańcuchu galaktyk NGC 1052 właśnie znaleziono kolejny obiekt, który zdaje się być go całkowicie pozbawiony.

Trzeci wyjątek od reguły

→ Czytaj też: Odkryto 17 cząsteczek życia wokół młodej gwiazdy. To zmienia wiedzę o początkach Ziemi

Zespół badaczy z Uniwersytetu Yale, kierowany przez Michaela Keima, zidentyfikował galaktykę karłowatą DF9. Dołącza ona do niezwykle elitarnej grupy obiektów, w których nie wykryto śladów ciemnej materii. Wcześniej w tym samym rejonie nieba odkryto już dwie podobne galaktyki: DF2 oraz DF4. DF9 jest jednak od swoich poprzedniczek około stukrotnie słabsza, przez co długo skutecznie ukrywała się przed instrumentami astronomów.

Kluczem do jej demaskacji okazał się Keck Cosmic Web Imager (KCWI) zamontowany na teleskopie Kecka. Naukowcy zmierzyli ruchy gwiazd wewnątrz DF9, by na tej podstawie oszacować masę galaktyki. Wyniki okazały się jednoznaczne — dynamika obiektu wskazuje, że dominuje w nim zwykła, baryonowa materia. Większość znanych nam galaktyk zawiera nawet kilkadziesiąt razy więcej ciemnej materii niż zwykłej.

• DF2, DF4 i DF9 znajdują się w tym samym wątłym łańcuchu galaktyk.
• DF9 jest wyraźnie ciemniejsza i trudniejsza do zaobserwowania niż dwie pierwsze.
• Wszystkie trzy cechuje wyraźny deficyt ciemnej materii.

Kosmiczne zderzenie, które oddzieliło materię

→ Czytaj też: Odkryto imię majańskiego matematyka-astronoma. Żył 1300 lat temu

Ciemna materia nie oddziałuje ze światłem, więc nigdy nie widzimy jej bezpośrednio. Dostrzegamy jedynie jej grawitacyjne „ślady” w ruchu gwiazd i galaktyk. Brak tych śladów w DF9 to poważny cios dla alternatywnych teorii grawitacji, które próbują wyjaśniać dynamikę galaktyk bez odwoływania się do egzotycznej materii. Trudniej bowiem wyjaśnić, dlaczego modyfikacja praw fizyki miałaby nagle „wyłączać się” w pojedynczych galaktykach karłowatych.

„Niemal każda galaktyka we Wszechświecie jest zdominowana przez ciemną materię. DF2, DF4, a teraz DF9 wydają się niezwykłymi wyjątkami” — komentuje Michael Keim.

Pomysł na rozwiązanie tej zagadki jest brutalnie prosty. Najpopularniejszy scenariusz zakłada, że galaktyki takie jak DF9 rodzą się w wyniku gigantycznych kolizji między znacznie większymi galaktykami. W trakcie takiego kataklizmu ciemna materia i zwykła materia mogą zostać od siebie dosłownie oderwane. Po zderzeniu część gazu i pyłu zapada się grawitacyjnie, tworząc małą galaktykę, która jest już zupełnie „pusta” pod względem ciemnego budulca.

Keim i współpracownicy przekonują, że trio DF2, DF4 i DF9 to materialne dowody na taki właśnie archaiczny wypadek. Ich zdaniem wszystkie trzy obiekty uformowały się razem podczas gwałtownego zdarzenia, które rozdzieliło zwykłą materię od ciemnej.

Czym jest ciemna materia?

Badanie opublikowane przez zespół z Yale wzmacnia tezę, że ciemna materia zachowuje się jak fizyczna substancja, a nie jedynie poprawka do teorii grawitacji. Pieter van Dokkum, współautor odkrycia i astronom z Yale, podkreśla, że dowody są szczególnie mocne właśnie w skali galaktyk karłowatych, gdzie teorie alternatywne są najostrzej debatowane. Jeśli ciemna materia jest realnym składnikiem kosmosu, galaktyki bez niej dowodzą, że da się ten składnik od zwykłej materii oddzielić.

To odkrycie otwiera nowe pytania o ewolucję wczesnego Wszechświata. Skoro w jednym, niewielkim łańcuchu galaktyk zdołano znaleźć aż trzy jądra pozbawione ciemnej materii, podobnych anomalii może być znacznie więcej. Astronomowie planują dalsze poszukiwania za pomocą nowej generacji spektrografów, by sprawdzić, czy kosmos pełen jest takich „prześwietlonych” galaktycznych duchów.

Znalezienie galaktyki bez ciemnej materii to jak odkrycie cienia bez człowieka. Wskazuje, że oba zjawiska można rozdzielić, a tym samym potwierdza, że cień — choć niewidzialny — jest czymś więcej niż tylko matematyczną ułudą.