Тёмная материя разгоняет галактики до головокружительных скоростей

Галактика
Спиральная галактика NGC 3972 глазами телескопа “Хаббл”. Авторы и права: NASA / ESA / Hubble / A. Riess, STScI & JHU.

Суперспирали (массивные спиральные галактики) исключительны почти во всех отношениях. Помимо того, что они намного массивнее Млечного Пути, они также ярче и крупнее его по своим физическим размерам. Самая большая достигает 450 000 световых лет что в несколько раз больше диаметра Млечном Пути (около 100 000 световых лет). На сегодняшний день известно о существовании всего около 100 суперспиралей. Суперспирали были обнаружены как важный новый класс галактик при изучении данных Слоановского Цифрового Обзора Неба (SDSS), а также внегалактической базы данных NED.

“Суперспирали экстремальны по многим параметрам”, – говорит Патрик Огл из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд. “Они бьют все рекорды по скорости вращения”.

Огл является первым автором статьи, опубликованной 10 октября 2019 года в Astrophysical Journal Letters. В статье представлены новые данные о скоростях вращения суперспиралей, полученные с помощью Большого телескопа Южной Африки (SALT), крупнейшего одиночного оптического телескопа в южном полушарии. Дополнительные данные были получены с использованием 5-метрового телескопа Хейла в Паломарской обсерватории. Данные миссии НАСА по исследованию широкополосного инфракрасного обзора (WISE) имели решающее значение для измерения масс галактик в звёздах и скоростей звездообразования.

Ссылаясь на новое исследование, Том Джарретт из Университета Кейптауна, Южная Африка, говорит: “Эта работа прекрасно иллюстрирует мощную синергию между оптическими и инфракрасными наблюдениями галактик, раскрывая звёздные движения с помощью SDSS и SALT, а также другие звёздные свойства с помощью WISE”.

Теория предполагает, что суперспирали вращаются быстро, потому что они расположены в невероятно больших облаках или гало тёмной материи . Тёмную материю связывали с вращением галактики на протяжении десятилетий. Астроном Вера Рубин была пионером в работе над скоростью вращения галактик, показав, что спиральные галактики вращаются быстрее, чем если бы их гравитация была обусловлена ​​исключительно звёздами и газом. Дополнительное, невидимое вещество, известное как тёмная материя, должно влиять на вращение галактики. Команда Огла считает, что суперспирали значительно превышают ожидаемую скорость вращения.

Суперспирали также находятся в крупных ореолах тёмной материи. Самый массивный ореол, который измерял Огл, содержит достаточно тёмной материи, чтобы весить как минимум в 40 триллионов раз больше нашего Солнца. Это количество тёмной материи обычно содержит группу галактик, а не одну галактику.

“Похоже, что вращение галактики определяется массой гало тёмной материи”, – объясняет Огл.

Тот факт, что суперспирали нарушают обычную связь между массой галактики в звёздах и скоростью вращения, является новым доказательством против альтернативной теории гравитации, известной как Модифицированная Ньютоновская Динамика (МОНД). МОНД предполагает, что в самых больших масштабах, таких как галактики и скопления галактик, гравитация немного сильнее, чем это было бы предсказано Ньютоном или Эйнштейном. Это может привести к тому, что внешние области спиральной галактики будут вращаться быстрее, чем ожидалось, в зависимости от их массы в звёздах. МОНД разработан для воспроизведения стандартного соотношения скоростей вращения спирали, поэтому он не может объяснить редкие случаи, такие как, например, суперспирали.

Несмотря на то, что суперспирали являются самыми массивными спиральными галактиками во Вселенной, они на самом деле имеют меньший вес в звёздах по сравнению с ожидаемым количеством тёмной материи, которое они содержат. Это говорит о том, что огромное количество тёмной материи препятствует образованию звёзд. Есть две возможные причины: 1) любой дополнительный газ, который втягивается в галактику, нагревается, не может остыть и не образует звёзды, или 2) быстрое вращение галактики затрудняет коллапс газовых облаков.

“Это первый раз, когда мы нашли спиральные галактики, которые настолько велики, насколько это возможно”, – говорит Огл.

Несмотря на это разрушительное влияние, суперспирали всё ещё способны образовывать звёзды. Хотя самые крупные эллиптические галактики сформировали все или большинство своих звёзд более 10 миллиардов лет назад, суперспирали до сих пор образуют звёзды. Они ежегодно преобразуют 30 солнечных масс в звёзды, что нормально для галактики такого размера. Для сравнения, наш Млечный Путь образует около одной солнечной массы звёзд в год.

Огл и его команда предложили дополнительные наблюдения, чтобы помочь ответить на ключевые вопросы о суперспиралях, включая наблюдения, предназначенные для лучшего изучения движения газа и звёзд в их дисках. После запуска в 2021 году космический телескоп Джеймса Уэбба сможет изучать суперспирали на больших расстояниях и, соответственно, в более молодом возрасте, чтобы узнать, как они развивались с течением времени. Миссия НАСА WFIRST, благодаря большому полю зрения, также сможет помочь найти больше суперспиралей, которые чрезвычайно редки.

Вы могли пропустить:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *