В древних галактиках обнаружили дефицит темной материи

В настоящее время модель формирования галактик описана только в общих чертах. Согласно одной из доминирующих гипотез, галактики образуются в результате слияния звездных скоплений, при этом концентрирование в них привычной (барионной) материи связывается с возникновением вовне гало темной материи. В случае галактик-ровесниц Млечного Пути, на наличие такого гало указывает, в частности, нестандартное распределение скоростей вращения звезд. Многочисленные наблюдения показали, что с удалением от центра галактики показатель не снижается, но растет, выходя на плато. Темная материя, плотность которой увеличивается на границе с галактикой, позволяет объяснить этот эффект.

В рамках новой работы международная группа исследователей из Германии, США, Италии, Великобритании, Швейцарии и Израиля описала результаты наблюдений сотен удаленных галактик с помощью телескопа VLT — комплекса из четырех 8,2-метровых телескопов Европейской южной обсерватории (ESO). На расстоянии от 9 от 27 килопарсек авторам удалось зафиксировать шесть крупных галактик, скорость барионной материи в которых с удалением от центра снижается. Все обнаруженные галактики относятся к пиковому периоду возникновения звезд — около 10 миллиардов лет назад.

Скорость вращения различных участков барионной материи, находящейся в галактиках, ученые оценивали по доплеровскому сдвигу атомарного водорода. Дело в том, что вращение словно бы приводит к эффекту разнонаправленного движения двух половин галактики: от наблюдателя и к нему. Разным скоростям газа при этом соответствуют более теплые или холодные оттенки на диаграмме. Благодаря высокому угловому разрешению VLT (0,6”) команде удалось определить сдвиг для отдельных участков галактических дисков.

По мнению авторов, нестандартное поведение материи в обнаруженных галактиках может быть связано с большим потоком газа, который стягивается из межгалактического пространства. В сочетании с множественными вспышками сверхновых это снижало скорость вращения внешней части галактического диска. Параллельно газ и темная материя пространственно разделялись: газ быстро терял энергию, вместе с барионной материей концентрируясь в центральных областях галактик. В результате доля темной материи, окружающей их, сокращалась. Сообщается, что у ряда галактик этот показатель не превышал семи-восьми процентов на удалении в половину радиуса от центра. Между тем, по современным представлениям, из темной материи состоит 27 процентов Вселенной.

Примечательно, что рассматриваемая в новой работе темная материя не находится в равновесии. В описываемых галактиках ее гало непрерывно увеличивается, и это может помочь в изучении свойств этой формы материи. Более сложной задачей представляется описание перехода между состоянием ранней Вселенной, при котором в галактиках доминирует барионная материя, к современному.

Ранее группа американских ученых составила самую детальную топографическую карту распределения темной материи во Вселенной. В основу работы легли наблюдения космического телескопа Hubble, сделанные на раннем этапе проекта Frontier Fields.