Galaxiile îndepărtate au lipsă de materie întunecată, sugerează studiul

Galaxiile foarte îndepărtate au surprinzător de puțină materie întunecată, chestii invizibile despre care se crede că alcătuiesc cea mai mare parte a materiei din univers, sugerează noi observații.

Stelele din regiunile exterioare ale unor galaxii îndepărtate se mișcă mai lent decât stelele mai apropiate de centru, ceea ce indică o lipsă de materie întunecată, au raportat astronomul Reinhard Genzel și colegii săi online pe 15 martie în Natură. Dacă va fi confirmat, rezultatul ar putea determina astronomii să reconsidere rolul pe care l-a jucat materia întunecată în evoluția timpurie a galaxiilor și ar putea oferi, de asemenea, indicii despre modul în care au evoluat galaxiile eliptice din apropiere.

Spre deosebire de aceste galaxii îndepărtate, stelele care orbitează la periferia Căii Lactee și alte galaxii din apropiere se mișcă prea repede pentru ca vitezele lor să rezulte doar din gravitația gazului și a stelelor mai apropiate de centrul galactic. Dacă materia galactică vizibilă este încorporată într-un nor de materie întunecată invizibilă, totuși, gravitația din materia invizibilă poate explica vitezele mari ale stelelor. Folosind ca referință vitezele orbitale ale stelelor din galaxiile din apropiere, astronomii se așteptau ca stelele din galaxiile mai îndepărtate să se comporte similar. „Se pare că nu este cazul”, spune coautorul studiului Stijn Wuyts de la Universitatea din Bath din Anglia.

Graficul vitezelor stelelor în raport cu distanțele lor față de centrul unei galaxii se numește curbă de rotație galactică. În noua lucrare (și altele postate online pe arXiv.org), echipa prezintă curbele de rotație măsurate cu Very Large Telescope din Chile pentru mai mult de 100 de galaxii îndepărtate, unele văzute ca fiind la doar câteva miliarde de ani după Big Bang. acum 13,8 miliarde de ani.

Când viteza stelelor scade pe măsură ce stelele se îndepărtează de centrii lor galactici, se spune că acea curbă de rotație scade odată cu distanța. „Datele oferă o indicație puternică că curbele de scădere sunt comune în această populație de galaxii timpurii”, spune Genzel, de la Institutul Max Planck pentru Fizică Extraterestră din Garching, Germania.

În lucrări, autorii oferă mai multe explicații plauzibile pentru curbele de rotație în scădere, dar nu este clar care este corect, spune astronomul UCLA Alice Shapley, care nu a fost implicată în studiu. Rezultatele „dezvăluie că nu înțelegem pe deplin toate detaliile despre cum [galactic] discurile se formează în universul timpuriu.”

Genzel și colegii săi sugerează că curbele de rotație scad deoarece fluxurile turbulente de gaz aduc din ce în ce mai mult material în regiunile interioare ale acestor galaxii îndepărtate. Gazul se adună acolo, în timp ce materia întunecată este lăsată la periferie. Exploziile de stele și vânturi care curg din găurile negre ar putea, de asemenea, să tragă materia întunecată departe de regiunile interioare ale galaxiei. Sau materia întunecată poate fi distribuită la o scară de sute de mii de ani lumină, în timp ce gazul și stelele din aceste galaxii timpurii interacționează la o scară de doar zeci de mii de ani lumină, spune Genzel, astfel încât astronomii detectează gazul. dar nu materia întunecată.

„Materia întunecată trebuie să fie acolo”, spune Genzel. „Fără el, nu există galaxii și nici „noi”, așa că trebuie să înțelegem natura și distribuția ei pentru a explica ceea ce vedem în univers.”

Modelele actuale de formare a galaxiilor sugerează că materia întunecată și materia obișnuită s-au amestecat în universul timpuriu, astfel încât materia întunecată ar trebui să tragă de materia obișnuită, rezultând curbe de rotație care sunt plate – nu căde – pentru galaxiile aflate la distanța observată de Genzel și colegii. „Trebuie să înțelegem ce fizică este necesară pentru ca simulările să se potrivească cu observațiile”, spune Shapley.

Genzel observă că modul în care gazul și stelele se mișcă în galaxiile îndepărtate este similar cu modul în care gazul și stelele se mișcă în galaxiile eliptice din apropiere. Așadar, sugerează el, galaxiile îndepărtate aglomerate și neregulate pe care echipa le-a studiat ar putea fi progenitoare ale galaxiilor eliptice din universul local.