Астрономы предлагают возможное объяснение неуловимых галактик без темной материи

Группа астрономов из Калифорнийского университета в Риверсайде обнаружила, что некоторые карликовые галактики сегодня могут казаться свободными от темной материи, хотя в прошлом они образовывались как галактики, в которых преобладала темная материя.


Галактики, в которых, кажется, почти нет темной материи – несветящийся материал, который, как считается, составляет 85% материи во Вселенной, – усложняют понимание астрономами содержания темной материи во Вселенной. Такие галактики, которые недавно были обнаружены в ходе наблюдений, бросают вызов используемой астрономами космологической модели, называемой Lambda Cold Dark Matter, или LCDM, где все галактики окружены массивным и протяженным гало темной материи.

Галактики, свободные от темной материи, плохо изучены в астрономическом сообществе. Один из способов изучения возможных механизмов формирования этих неуловимых галактик – например, ультрадиффузные галактики DF2 и DF4 – состоит в том, чтобы найти похожие объекты в численном моделировании и изучить их эволюцию во времени и обстоятельства, которые приводят к их потере темной материи.

Джессика Доппель, аспирантка факультета физики и астрономии Калифорнийского университета в Риверсайде и первый автор исследовательской статьи, опубликованной в Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, объяснил, что во вселенной LCDM во всех галактиках должна преобладать темная материя.

«Это проблема», – сказала она. “Нахождение аналогов в моделировании того, что видят наблюдатели, важно и не гарантировано. Начало выяснения происхождения этих типов объектов и их часто аномальных популяций шаровых скоплений позволяет нам еще больше укрепить нашу теоретическую основу формирования темной материи и галактик и подтвердить что никаких альтернативных форм темной материи не требуется. Мы обнаружили, что холодная темная материя работает хорошо ».

Для исследования исследователи использовали космологическое и гидродинамическое моделирование под названием Illustris, которое предлагает модель образования галактик, которая включает в себя звездную эволюцию, обратную связь сверхновых, рост черных дыр и слияния. Исследователи обнаружили, что пара «карликовых галактик» в скоплениях имела такое же звездное содержание, число шаровых скоплений и массу темной материи, что и DF2 и DF4. Как следует из названия, карликовая галактика – небольшая по размеру, состоящая из нескольких миллиардов звезд. Напротив, Млечный Путь, вокруг которого вращается более 20 известных карликовых галактик, имеет от 200 до 400 миллиардов звезд. Шаровые скопления часто используются для оценки содержания темной материи в галактиках, особенно в карликах.

Исследователи использовали симуляцию Illustris, чтобы исследовать происхождение странных карликовых галактик, таких как DF2 и DF4. Они нашли смоделированные аналоги карликов без темной материи в виде объектов, которые эволюционировали в скоплениях галактик в течение длительного времени и потеряли более 90% своей темной материи из-за приливного удаления – удаления материала из-за галактических приливных волн. силы.

«Интересно, что один и тот же механизм приливного расслоения может объяснить другие свойства карликов, таких как DF2 и DF4 – например, тот факт, что они являются« ультрадиффузными »галактиками», – сказала соавтор Лора Сейлс, доцент физики и науки. астрономия в UCR и научный руководитель Доппеля. «Наше моделирование предлагает комбинированное решение как структуры этих карликов, так и их низкого содержания темной материи. Возможно, именно крайняя потеря массы в обычных карликовых галактиках является причиной образования ультрадиффузных объектов».

В сотрудничестве с исследователями из Института астрофизики Макса Планка в Германии группа Sales в настоящее время работает над улучшенными симуляторами, которые имеют более подробную физику и численное разрешение, примерно в 16 раз лучше, чем симуляция Illustris.