Galaktyki mogą mieć bardziej zróżnicowany sposób formowania się i ewolucji niż wcześniej sądzono.
Astronomowie korzystający z Obserwatorium Kecka na wyspie Mauna Kea na Hawajach znaleźli przekonujące dowody na istnienie pozbawionej ciemnej materii galaktyki karłowatej FCC 224. Ta skrajnie rozproszona galaktyka znajduje się na obrzeżach Gromady w Piecu, około 60-65 milionów lat świetlnych od Ziemi. Odkrycie to stanowi wyzwanie dla tradycyjnego paradygmatu kosmologicznego, który zakłada, że ciemna materia jest podstawowym składnikiem formowania się galaktyk. Wcześniej obecność galaktyk z niedoborem ciemnej materii, w których nie dochodziło do formowania się gwiazd, stwierdzono tylko w jednym miejscu, w grupie NGC 1052, a nowe obserwacje sugerują, że takie obiekty mogą być bardziej rozpowszechnione niż wcześniej sądzono.
Niezwykła galaktyka została opisana w dwóch zupełnie różnych pracach. Pierwsza praca, prowadzona przez doktoranta Yimeng Tang z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz i opublikowana w czasopiśmie The Astrophysical Journal, analizuje unikalny układ gromad kulistych FCC 224. Druga, prowadzona przez doktorantkę Marię Luísę Buzzo ze Swinburne University i Europejskiego Obserwatorium Południowego, opublikowana w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics, bada zawartość ciemnej materii w galaktyce i możliwe scenariusze jej formowania.
Gromady kuliste są często używane jako przybliżenie do oszacowania ilości ciemnej materii zawartej w galaktyce – powiedziała Buzzo. Z jakiegoś powodu ta galaktyka (FCC 224) ma niezwykłą liczbę świecących gromad i nie zawiera ciemnej materii, przynajmniej w jej wewnętrznych regionach. Żaden istniejący model powstawania galaktyk w ramach naszego standardowego paradygmatu kosmologicznego nie może obecnie wyjaśnić, w jaki sposób powstała ta galaktyka.
Buzzo zbadała zawartość ciemnej materii w FCC 224 przy użyciu spektroskopii o wysokiej rozdzielczości z Keck Cosmic Web Imager (KCWI) Obserwatorium Kecka. Buzzo zbadała podobieństwo do wcześniej stwierdzonych galaktyk karłowatych DF2 i DF4 pozbawionych ciemnej materii, aby ustalić, czy FCC 224 należy do tej samej klasy galaktyk. Badania Buzzo opierają się na wstępnych ustaleniach Tanga, który wykorzystując obrazowanie z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a stwierdził, że FCC 224 posiada gromady gwiazd podobne do innych galaktyk pozbawionych ciemnej materii. Ich badania sugerują, że tego typu gromady gwiazd mogą być związane z brakiem ciemnej materii, podważając konwencjonalne modele powstawania galaktyk. Dane z Obserwatorium Keck/KCWI zostały uzyskane w ramach projektu Uniwersytetu Swinburne pod kierownictwem głównego naukowca (PI) Duncana Forbesa, podczas gdy dane z HST zostały pozyskane w ramach programu kierowanego przez PI Aarona Romanowsky’ego.
Nowe ramię KCWI o wysokiej rozdzielczości pozwoliło nam bardzo precyzyjnie zmierzyć ruchy wewnątrz galaktyk, co można wykorzystać do śledzenia zawartości ciemnej materii – wyjaśniła Buzzo. Wysoka rozdzielczość spektralna KCWI pozwoliła nam precyzyjnie zmierzyć ruchy (dyspersję prędkości) w gwiazdach i gromadach kulistych FCC 224 – powiedział Tang. Pomiary te potwierdziły, że galaktyka wykazuje niezwykle niską dyspersję prędkości – cechę charakterystyczną niedoboru ciemnej materii.
Oba zespoły podkreślają potrzebę dalszych obserwacji w celu zrozumienia mechanizmów formowania się FCC 224. Jedną z wiodących hipotez jest to, że zewnętrzna interakcja, taka jak zderzenie z dużą prędkością, mogła oddzielić ciemną i widzialną materię galaktyki, scenariusz formacji znany jako model pocisku-karła. Jednak do przetestowania tej teorii potrzebne są dodatkowe dane. FCC 224 służy jako kluczowy punkt danych w naszych wysiłkach na rzecz identyfikacji i badania innych galaktyk z niedoborem ciemnej materii – dodała Buzzo. Zwiększając rozmiar próbki, możemy udoskonalić nasze rozumienie tych rzadkich galaktyk i roli ciemnej materii w powstawaniu galaktyk karłowatych.
Odkrycie FCC 224 poza grupą NGC 1052 sugeruje, że galaktyki pozbawione ciemnej materii mogą być bardziej powszechne niż wcześniej sądzono, podnosząc fundamentalne pytania o konieczność ciemnej materii w kształtowaniu galaktyk. Wraz z poprawą możliwości obserwacyjnych, astronomowie zamierzają przeprowadzić większe badania w celu zidentyfikowania podobnych galaktyk i zbadania ich pochodzenia.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Obserwatorium Kecka
