Группа астрономов Канады и США доказала существование аномальных галактик, в которых отсутствует темная материя. Ранее считалось, что наличие темной материи в крупных галактиках является обязательным. Результаты новых исследований также бросают вызов альтернативной гравитации (модифицированной механике Ньютона), которые отрицают существование темной материи и ее влияние на движение звезд в галактиках. Статья исследователей опубликована в The Astrophysical Journal Letters.
Недавние наблюдения показали, что в крупных галактиках с низкой светимостью (ультрадиффузные) NGC 1052-DF2 и NGC 1052-DF4, расположенных по соседству друг с другом, содержится низкое количество темной материи и мало ярких шаровых скоплений. Чтобы правильно интерпретировать эти данные, необходимо знать точное расстояние до галактик. Ранее ученые определили, что расстояние до NGC 1052-DF2 достигает около 20 мегапарсек (около 60 миллионов световых лет). Для этого они прибегли к методу вершины ветви красных гигантов (англ. tip of the red giant branch, TRGB), который заключается в идентификации телескопом Хаббл самых ярких звезд, относящихся к красным гигантам. Такие звезды на определенной стадии своего существования обладают одинаковой светимостью, поэтому по их относительной звездной величине можно измерить расстояние до галактики, в которой они находятся.
В новой работе астрономы использовали один из основных инструментов космического телескопа Хаббл — камеру ACS (Advanced Camera for Surveys) — для идентификации орбит 40 красных гигантов во второй галактике DF4. Измерив расстояние до галактики методом TRGB, ученые получили значение около 22 мегапарсек. Такой результат исключает альтернативные интерпретации наблюдения малого количества темной материи, которые могли быть верны, если бы галактика находилась намного ближе (около 13 мегапарсек) и была бы, соответственно, меньшей и менее яркой.
Более далекое расстояние означает, что та часть галактики, что состоит из видимой (барионной) материи, более массивна, и влияние этой массы исчерпывающе объясняет движение звезд в DF4. Наоборот, в обычных галактиках, таких как Млечный Путь, на движение звезд влияет дополнительная скрытая масса, что и является доказательством присутствия темной материи. Лишенные темной материи массивные галактики представляют собой проблему для современной космологии, согласно которой скопления невидимого вещества сыграли решающую роль в формировании галактик и галактических скоплений. В то же время под ударом оказываются и представления, отвергающие темную материю и вводящие модифицированную теорию гравитации. Ультрадиффузные галактики DF2 и DF4 подтверждают справедливость законов Ньютона.
Новые данные показывают, что присутствие темной материи в галактиках вовсе не обязательно. Возможно, в ходе своей эволюции ультрадиффузные галактики каким-то образом потеряли темную материю, например, в результате приливного взаимодействия с другими галактиками. Астрономы планируют продолжить поиск ультрадиффузных галактик, чтобы понять, как они образуются, насколько они распространены и какими свойствами обладают, что, в свою очередь, позволит уточнить стандартную космологическую модель.