Znaleziono galaktyki karłowate, które najprawdopodobniej nie zawierają ciemnej materii. „To ma ogromne znaczenie dla fizyki”

W tym artykule:

1. Zniekształcone galaktyki karłowate
2. Co to jest zmodyfikowana dynamika newtonowska?
3. Jak wyjaśnić obserwacje z Gromady w Piecu?

Galaktyki karłowate są mniejsze niż typowe galaktyki. Gwiazdy, które wchodzą w ich skład, liczy się w milionach i miliardach, a nie w bilionach. Zazwyczaj towarzyszą znacznie większym galaktykom. Satelickie galaktyki Drogi Mlecznej – Wielki Obłok Magellana i Mały Obłok Magellana – są galaktykami karłowatymi.

Tak jak w przypadku innych galaktyk, w otaczającym je halo – czyli sferycznym obszarze wokół galaktyki – zgromadzona jest ciemna materia. Niekiedy jest jej bardzo dużo. Na początku 2021 r. astrofizycy z MIT odkryli, że halo galaktyki karłowatej Tukana II zawiera aż 3 do 5 razy więcej ciemnej materii niż wcześniej sądzono.

Jednak, jak się okazuje, obecność ciemnej materii w halo galaktyki karłowatej nie jest regułą. Naukowcy z Uniwersytetu Bonn i Uniwersytetu Saint Andrews donoszą o odkryciu galaktyk karłowatych, wokół których najprawdopodobniej nie rozciąga się obszar ciemnej materii.

Zniekształcone galaktyki karłowate

Galaktyki te znajdują się w Gromadzie w Piecu – gromadzie galaktyk odległej od nas o ok. 62 mln lat świetlnych. Zawiera ona wiele galaktyk karłowatych. Najnowsze obserwacje wykazały, że niektóre z nich wydają się nietypowo zniekształcone. Mają takie kształty, jakby zostały wypaczone przez oddziałujące na nie potężne siły grawitacyjne.

– Coś takiego nie powinno się zdarzyć w przypadku galaktyk karłowatych w Gromadzie w Piecu – mówi prof. Pavel Kroupa z Uniwersytetu w Bonn i Uniwersytetu Karola w Pradze. – Według przewidywań galaktyki te powinny być częściowo chronione przed wpływem grawitacyjnym otoczenia przez halo zawierające ciemną materię.

To, jak galaktyki oddziałują na siebie, zależy od różnych czynników. W przypadku galaktyki karłowatej ważna jest:

• masa galaktyki,
• wewnętrzna struktura,
• a także odległość od centrum gromady (gdzie oddziaływania grawitacyjne są najsilniejsze).

I tak np. rozległa galaktyka, która zawiera niewiele gwiazd, może być łatwo zniekształcona przez silne oddziaływanie grawitacyjne otoczenia.

Obcy są prawdopodobnie robotami. Tak twierdzi Seth Shostak, główny astronom SETI

Mamy małą szansę spotkać się z biologicznymi przedstawicielami obcych cywilizacji. Odległości w kosmosie i kruchość życia biologicznego sprawiają, że bliskie spotkania trzeciego stopnia...

Co to jest zmodyfikowana dynamika newtonowska?

Naukowcy prowadzili obserwacje z pomocą dwóch teleskopów: VLT Survey Telescope znajdującego się na pustyni Atakama oraz Europejskiego Obserwatorium Południowego. Uzyskane fotografie galaktyk karłowatych z Gromady w Piecu przyniosły zaskoczenie. Badacze nie byli w stanie wyjaśnić ich zniekształconych kształtów z pomocą standardowego modelu kosmologicznego. Czyli powszechnie akceptowanej teorii kosmologicznej zakładającej, że w kosmosie (a tym samym w halo galaktyk) istnieje ciemna materia.

Jednak okazało się, że obserwacje dobrze pasowały do innej, mniej popularnej w świecie nauki teorii. Jest to tzw. zmodyfikowana dynamika newtonowska (modelu MOND) – teoria konkurencyjna wobec standardowego modelu kosmologicznego, która powstała w latach 80. XX w. Nie wprowadza ona pojęcia ciemnej materii, natomiast modyfikuje newtonowskie prawo powszechnego ciążenia – tak, by nie było uniwersalne, ale zależało od pewnych właściwości galaktyk.

Jak wyjaśnić obserwacje z Gromady w Piecu?

– Nie jesteśmy pewni, czy galaktyki karłowate mogłyby przetrwać wewnątrz gromad bez halo zawierającego ciemną materię, jak postuluje model MOND – zauważa dr Indranil Banik z Uniwersytetu St Andrews. – Jednak nasze wyniki pokazują dużą zgodność między obserwacjami zniekształceń galaktyk karłowatych w Gromadzie z Pieca a przewidywaniami otrzymanymi z pomocą zmodyfikowanej dynamiki newtonowskiej.

– Nasze wyniki mają ogromne implikacje dla podstaw fizyki – podkreśla dr Hongsheng Zhao z Uniwersytetu St Andrews. – Przewidujemy, że w innych gromadach znajdzie się więcej zniekształconych galaktyk karłowatych. Inne zespoły badawcze mogą zweryfikować tę hipotezę – dodaje.

Naukowcy zwracają też uwagę, że z roku na rok przybywa obserwacji, które da się łatwiej wyjaśnić bez sięgania po pojęcia ciemnej materii. – Nadszedł czas, by przeznaczyć więcej środków na testowanie innych, bardziej obiecujących teorii – zauważa prof. Kroupa.

Praca badaczy ukazała się w czasopiśmie „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”

Źródło: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Universität Bonn, MIT

Nasz ekspert

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com