A Galaxy Without (Banyak) Dark Matter

Ahli astronomi telah menemui objek pelik: galaksi yang berbulu yang tidak mempunyai masalah gelap.

Anda tidak boleh minum secawan kopi tanpa cawan. Ahli astronomi telah lama berfikir sama berlaku untuk galaksi dan perkara gelap: benda gelap membentuk cawan, dan galaksi menyambung dari gas yang mencurahkan ke dalam cawan itu, ditarik ke sana dengan graviti.

Imej Teleskop Angkasa Hubble ini menunjukkan NGC 1052-DF2 yang meresap galaksi, alam semula jadi ia mempunyai beberapa bintang dan begitu jarang, galaksi latar belakang dapat dilihat melaluinya.
P. van Dokkum / R. Abraham / STScI

Galaksi galaksi NGC 1052-DF2 tidak masuk akal dalam gambar ini: ia adalah kopi tanpa cawan. Menggunakan koleksi pengesan tanah dan ruang yang mengagumkan, Pieter van Dokkum (Yale) dan rakan sekerja mendapati bahawa galaksi ini mempunyai paling banyak 1 400 sebagai perkara yang gelap seperti yang diharapkan, berdasarkan sistem lain yang serupa. Malah, penjelasan terbaik mungkin tidak ada perkara gelap sama sekali.

Objek pelik adalah salah satu koleksi galaksi yang dikuasai oleh elips NGC 1052, yang terletak kira-kira 65 juta tahun cahaya di sempadan buruj Cetus dan Eridanus. Ahli astronomi sudah tahu DF2 wujud, kerana ia muncul sebagai koleksi titik dalam imej tinjauan. Tetapi apabila pasukan menunjuk Dragonfly Telephoto Array di atasnya, mereka sebaliknya melihat gumpalan besar.

Tertarik, mereka memandangnya dengan beberapa instrumen lain. Mereka mendapati bahawa galaksi ini begitu jarang sehingga ia melihat-lihat, dan titik-titiknya kelihatan seperti kelompok globular, walaupun peliknya cerah, mirip dengan cluster Omega Centauri Milky Way. Mereka juga kira-kira dua kali lebih besar dan tergelincir sebagai globular kecerahan yang sama dalam galaksi kita.

Bola bintang purba ini mengelilingi galaksi induk mereka dengan kelajuan yang ditentukan oleh galaksi total jisim. Ukur halaju globulars, dan anda akan mengukur jisim yang tertutup dalam orbit mereka yang biasanya muncul bukti untuk keseluruhan banyak perkara yang tidak kelihatan.

Bukan masanya. Kelompok bola sepak 10 pasukan itu mencatat semua bergerak paling banyak sepertiga seperti yang diharapkan untuk galaksi massa ini (kira-kira 200 juta Matahari, atau kira-kira sepersepuluh dari Awan Magellan Kecil). Gerakan mereka menyiratkan bahawa jisim tertutup hampir sama dengan massa yang kelihatan seperti bintang.

Dalam erti kata lain, pada asasnya tiada masalah gelap.

Roberto Abraham (kiri), Pieter van Dokkum (kanan), dan beberapa pelajar siswazah dari University of Toronto dan Yale berpose dengan setengah daripada array Dragonfly 48-kanta di New Mexico. Murid-muridnya adalah pengacara di atas kertas yang melaporkan bahawa galaksi NGC 1052-DF2 nampaknya tidak mengandungi masalah gelap. Terdapat lima pengacara tambahan yang tidak digambarkan di sini, termasuk seorang lagi pelajar gred.
Universiti Toronto

NGC 1052-DF2 bukan galaksi pertama yang lemah. Ahli astronomi telah melihat beribu-ribu galaksi ultra-tersebar (UDGs) sejak Van Dokkum, Roberto Abraham (University of Toronto), dan pasukan mereka mula-mula menemui mereka dengan pelbagai Dragonfly pada tahun 2014. Tetapi tiada yang lain menunjukkan kekurangan ini gelap perkara.

Bagaimana keadaan seperti ini? Pasukan membuat beberapa cadangan dalam Alam 29 Mac, tetapi tidak ada yang sesuai dengan sempurna. Contohnya, NGC 1052-DF2 boleh dibentuk daripada gas yang dilancarkan dari elips berdekatan, yang menunjukkan tanda-tanda penggabungan baru-baru ini. Tetapi ciri-ciri UDG tidak sepadan dengan apa yang diharapkan oleh para astronom dari keadaan itu.

Kemungkinan lain adalah bahawa DF2 telah dilucutkan dari masalah gelap oleh elips. Simulasi oleh Alyson Brooks (Rutgers) dan yang lain menunjukkan bahawa apabila kerdil melintasi pinggir galaksi besar, mereka kehilangan masalah gelap. "Anda boleh kehilangan kira-kira 90% daripada jisim gelap sebelum mana-mana bintang dilucutkan dari galaksi, " katanya. Pelucutan itu mungkin menyebabkan bintang-bintang "mengamuk, " tambahnya, mungkin mencipta objek seperti yang meresap, gelap-kurang NGC 1052-DF2. Tetapi dia ingin mengetahui lebih lanjut mengenai trajektori DF2 sebelum membantah kes itu.

Van Dokkum dan pasukannya tidak melihat tanda-tanda gangguan di sekeliling galaksi, yang mereka fikir disfavors penyelesaian terbang. Ada kemungkinan bahawa sebarang ciri pasang surut telah memudar jauh dari pengesanan, tetapi tidak jelas jika sudah cukup masa untuk itu, kata Van Dokkum.

Bahawa kopi itu boleh wujud tanpa cawan menunjukkan bahawa cawan dan kopi adalah kedua-dua entiti yang sebenar, terpisah, pasukan itu menyimpulkan. Sekiranya kehadiran benda gelap hanyalah satu ilusi, timbul kerana kita menggunakan teori graviti yang salah, maka kita akan sentiasa melihat tanda-tanda di dalam galaksi. Tetapi jika perkara gelap kadang-kadang ada dan kadang-kadang tidak hadir, maka perkara gelap wujud.

Stacy McGaugh (Case Western Reserve University) tidak begitu pasti. Beliau menghabiskan beberapa tahun mempelajari kekuatan dan kelemahan dinamik Newtonian diubahsuai (MOND), teori graviti yang tidak mempunyai masalah gelap dengan menunjukkan graviti berfungsi secara berbeza apabila pecutan rendah terlibat. Dia bersetuju bahawa globulars NGC 1052-DF2 perlu bergerak lebih pantas dalam MOND daripada yang mereka lakukan. Tetapi dia juga menyatakan bahawa galaksi itu adalah pelik tanpa mengira sama ada anda menerima kewujudan perkara gelap atau tidak.

"Jadi ya, saya rasa sukar bagi MOND, " katanya. "Tetapi saya tidak faham lebih baik dari segi masalah gelap." Kedua-dua perkara gelap dan MOND mempunyai mata pemerhatian yang memihak kepada mereka, dia menerangkan, tetapi dia squeamish tentang upping atau menurunkan pecahan bahan gelap di mana-mana galaksi tertentu hanya untuk merasakan usul bintang - itulah kesimpulan, bukan ramalan yang dapat dibuktikan atau ditolak, katanya.

Pasukan Dragonfly terus mencari lebih banyak galaksi seperti NGC 1052-DF2. Daripada 23 galaksi yang tersebar lain, ahli astronomi menganalisis, tiga berpotensi serupa. Dengan lebih daripada satu galaksi di tangan, ahli astronomi mungkin dapat mengatakan lebih lanjut mengenai bagaimana galaksi ini terbentuk dan apa yang mereka maksudkan untuk masalah gelap.

Rujukan:

Pieter van Dokkum et al. "Galaxy Mat Lacking Dark Matter." Alam . 29 Mac, 2018.

Pieter van Dokkum et al. "Penduduk Enigmatic dari Kluster Globular Berkilau di Galaksi Galak Galaxy." Posted pada arXiv.org 28 Mac, 2018.