Тёмная материя остаётся одной из самых интригующих загадок современной науки, однако новые наблюдения заставляют учёных пересмотреть привычные модели её распределения. Аспирантка Йельского университета Шани Даниели (Shany Danieli) совместно с командой проекта Dragonfly обнаружила уникальный класс галактик, в которых тёмная материя практически отсутствует, что, по мнению исследователей, парадоксальным образом становится решающим доказательством её физического существования как отдельной субстанции.
🛰 Проект Dragonfly и открытие ультрадиффузных галактик 1:55
История открытия началась в 2015–2016 годах, когда исследовательская группа под руководством профессора Питера ван Доккума применила инновационный инструмент — телескоп Dragonfly Telephoto Array . Этот прибор, состоящий из множества телеобъективов, специально спроектирован для обнаружения объектов с крайне низкой поверхностной яркостью, которые ранее оставались незамеченными для традиционных телескопов.
В ходе изучения хорошо известного скопления Кома (Coma Cluster) учёные обнаружили новый класс объектов, получивших название «ультрадиффузные галактики» (Ultra-Diffuse Galaxies, UDG) . Эти объекты обладают уникальными характеристиками:
- Масштаб: По своим размерам они сопоставимы с Млечным Путем.
- Светимость: Количество звёзд в них в 100–1000 раз меньше, чем в нашей Галактике .
- Плотность: Они крайне разрежены, что делает их очень тусклыми и трудными для наблюдения.
Одной из самых поразительных особенностей UDG оказалось наличие огромного количества компактных источников света — шаровых звёздных скоплений . По словам Шани Даниели, число таких скоплений в этих галактиках значительно выше, чем можно было бы ожидать, исходя из их общей светимости. Это сочетание разреженного света и избытка ярких звёздных кластеров стало для науки совершенно новым феноменом .
🌌 Аномалия NGC 1052-DF2: Галактика без «невидимого клея» 4:12
В апреле 2018 года команда опубликовала в журнале Nature статью о галактике NGC 1052-DF2 (сокращенно DF2), которая бросила вызов существующим представлениям о космосе . Используя данные о кинематике звёзд, учёные измерили скорости их движения внутри галактики.
Результаты оказались сенсационными: движение звёзд в DF2 полностью объясняется массой только видимой, барионной материи . В отличие от большинства известных галактик, где звёзды движутся слишком быстро и «удерживаются» от разлёта гравитацией невидимой тёмной материи, в DF2 никакого дополнительного гравитационного влияния обнаружено не было .
Вскоре после этого, в ноябре того же года, команда Даниели идентифицировала вторую подобную галактику — NGC 1052-DF4 (DF4) . Она находится в той же группе галактик, что и первая, и обладает идентичными свойствами: диффузным светом, специфическими шаровыми скоплениями и отсутствием тёмной материи .
⚖ Контраст: От «пустых» галактик до тёмных гигантов 5:05
Ситуация осложняется тем, что ультрадиффузные галактики не являются однородным классом. В 2016 году та же группа исследователей обнаружила в скоплении Кома галактику (Dragonfly 44), которая представляет собой полную противоположность DF2: более 99% её массы приходится именно на тёмную материю .
Шани Даниели выделяет ключевые различия в их среде обитания:
- Плотные скопления: Массивные UDG с избытком тёмной материи обычно находятся в огромных скоплениях, таких как Кома .
- Малые группы: Галактики без тёмной материи (DF2 и DF4) были найдены в небольшой группе NGC 1052, состоящей всего из примерно 20 галактик .
- Изолированные объекты: Учёные планируют изучить UDG, находящиеся в полной изоляции, чтобы понять, играет ли окружение решающую роль в их формировании .
Ведущий Джон Майкл Годье предположил, что галактики могли «красть» тёмную материю друг у друга под воздействием гравитации . Даниели соглашается, что приливное взаимодействие с массивной соседней галактикой NGC 1052 могло лишить DF2 её тёмного гало . Однако она отмечает, что в таком случае на снимках должны быть видны следы деформации света (приливные хвосты), а шаровые скопления, скорее всего, были бы сорваны в первую очередь. Поскольку этого не наблюдается, вопрос остаётся открытым и требует теоретического моделирования .
💎 Загадка сверхярких звёздных скоплений 9:36
Ещё одна странность заключается в поведении шаровых скоплений. В обычной Вселенной наблюдается прямая корреляция: чем больше в галактике шаровых скоплений, тем массивнее её гало тёмной материи . В случае с DF2 всё ровно наоборот — скоплений много, а тёмной материи нет.
Более того, Шани Даниели указывает на аномальные физические свойства этих кластеров в DF2:
- Они значительно ярче, чем аналогичные скопления в Млечном Пути .
- Они более массивны и имеют большие размеры .
- При этом их звёздный состав кажется вполне обычным — это старые звёзды с низким содержанием металлов .
Даниели предполагает, что в этих галактиках в прошлом могли существовать экстремальные условия — например, области с очень высокой плотностью газа, которые позволили сформироваться таким массивным объектам из обычной барионной материи без участия тёмной .
🧬 Почему отсутствие тёмной материи подтверждает её существование 12:03
Самый парадоксальный вывод из работы Даниели заключается в том, что находка галактик без тёмной материи фактически спасает стандартную теорию тёмной материи.
Существуют альтернативные теории гравитации (например, MOND), которые утверждают, что никакой тёмной материи не существует, а «эффект лишней массы» — это просто результат того, что законы гравитации работают иначе на больших масштабах . Однако если бы гравитация была изменена повсеместно, мы бы видели этот эффект в каждой галактике .
По мнению Даниели, обнаружение объектов, где тёмной материи нет, доказывает:
- Тёмная материя — это физическая субстанция, а не свойство гравитации .
- Она может отделяться от обычной материи в ходе космических процессов .
- Существуют механизмы (хотя пока и не до конца ясные), позволяющие формировать галактики только из барионного вещества .
В настоящее время команда продолжает работу с телескопом Кека на Гавайях, чтобы изучить более широкий спектр кандидатов в UDG . Даниели убеждена, что дальнейшие наблюдения выявят еще более широкий диапазон свойств этих объектов и помогут окончательно понять природу «невидимого фундамента» Вселенной .
