Галактика из темной материи

С помощью трех из наиболее мощных телескопов мира — рефлекторов Keck I, Keck II и Gemini North (обсерватория Мауна Кеа, Гавайские острова) — международная команда астрономов обнаружила массивную галактику, почти целиком состоящую из темной материи.

Слева — снимок участка неба с галактикой Dragonfly 44, полученный с помощью телескопа Gemini North с разрешением 0,4 угловых секунды на пиксель. Справа — увеличенный фрагмент, демонстрирующий продолговатую форму галактики, а также гало шаровых звездных скоплений вокруг ее ядра.

Далекую звездную систему, получившую обозначение Dragonfly 44, отнесли к классу крайне диффузных галактик (Ultra Diffuse Galaxy — UDG). Ее суммарный видимый блеск не превышает 20m. Она была открыта в прошлом году массивом фотокамер Dragonfly Telephoto Array, состоящим из двух модулей по 24 телеобъектива Canon с фокусным расстоянием 40 см и светосилой 1/2,8, во время съемки участка неба в созвездии Волос Вероники. После анализа полученных результатов команда астрономов пришла к выводу, что галактика должна содержать значительно больше вещества, чем обнаруживается по мощности ее излучения.

Dragonfly 44 имеет так мало звезд, что без дополнительной гравитирующей массы она бы не сохранилась как целое и быстро рассеялась в пространстве.

Чтобы определить количество темной материи в галактике, астрономы использовали прибор DEIMOS (DEep Imaging Multi-Object Spetrograph), установленный на телескопе Keck II, для измерения скоростей входящих в ее состав звезд. Наблюдения велись в течение шести ночей и суммарно заняли 33,5 часа. Затем ученые прибегли к помощи мультиобъектного спектрографа GMOS 8-метрового телескопа Gemini North для исследования шаровых звездных скоплений в гало этой системы, которое похоже на гало, окружающее наш Млечный Путь.

Движение звезд помогает установить, сколько всего материи имеется в галактике: звездам все равно, в какой форме существует эта материя — они просто будут притягиваться ею, что повлияет на их скорости и траектории. Оказалось, что в Dragonfly 44 они движутся очень быстро — измеренная дисперсия скоростей составила 47 км/с! Таким образом, существует очень большое несоответствие между массой вещества, содержащегося в непосредственно наблюдаемых светилах, и массой, определяющей их динамику. По словам исследователей, по «динамическим показателям» данная галактика в триллион раз тяжелее Солнца, по этому параметру она даже превосходит Млечный Путь. Однако в форме звезд и прочей «видимой» (барионной) материи там присутствует всего сотая доля процента этой массы, а остальные 99,99%, по всей вероятности, представляют собой темную материю. Поэтому общий блеск Dragonfly 44 настолько низок, что ее долгое время «не замечали».

Обнаружение «темной галактики» с массой больше Млечного Пути стало неожиданностью для ученых. Соавтор исследования Роберто Абрахам (Roberto Abraham) прокомментировал его следующим образом: «Мы понятия не имеем, как могли образоваться галактики, подобные Dragonfly 44. Данные телескопа Gemini показывают, что преобладающая часть ее звезд, возможно, находится в виде очень компактных скоплений, а это, скорее всего, является очень важной информацией [об истории ее формирования]. Но на данный момент мы можем только строить теории». Открытие имеет большие последствия для изучения темной материи, поскольку подтверждает реальность объектов, практически полностью состоящих из нее, без остальных «ингредиентов» типичных галактик.

По словам ведущего исследователя Питера ван Доккума из Йельского университета (Pieter van Dokkum, Yale University, New Haven, Connecticut), сейчас многие астрономы включились в своеобразное «соревнование» по поиску сравнительно близких массивных «темных галактик», изучение которых поможет раскрыть природу темной материи. Расстояние до Dragonfly 44, согласно последним оценкам, превышает 300 млн световых лет.