4 хв

Коли галактика майже не світиться, її видає рух. Так вимірюють темну матерію

Поділитися

Зважити звичайну галактику — це вже саме по собі дивне уявлення. Її не можна покласти на космічні ваги, не можна обійти навколо неї та підрахувати кожну зірку окремо. Астрономи вимірюють її масу опосередковано: вони спостерігають, як у ній і навколо неї рухаються зірки, газ, зоряні скупчення або світло більш віддалених об’єктів. Гравітація тут виконує роль бухгалтера. Вона видає, скільки маси має бути присутньо, навіть якщо частина її не світиться.

Джерело: Šťavnatý příběh - Čeština

Але що, якщо галактика майже зовсім не світиться?

Саме в цьому полягає проблема об’єктів на кшталт CDG-2, яка є кандидатом на звання однієї з найтемніших відомих галактик. У наданому матеріалі вона описана як об’єкт, який астрономи спочатку виявили не за яскравою галактичною структурою, а за чотирма кульовими зоряними скупченнями, зосередженими навколо, здавалося б, порожнього простору.

Якщо кілька таких зоряних скупчень тримаються разом, щось має утримувати їх гравітаційно. А коли між ними виявляється лише надзвичайно слабке світіння, стає зрозуміло, що більша частина маси може бути прихованою.

Світла недостатньо

У випадку звичайної галактики масу можна оцінити й за кількістю світла. Чим більше зірок, тим більше світла, і з цього можна приблизно зробити висновок про зоряну масу. Це не ідеальний метод, оскільки залежить від віку зірок, їхнього складу та типу, але це хороший початок.

У випадку майже темної галактики цей початок є мізерним. Видимої маси мало, світло слабке, і більша частина об’єкта в даних виглядає майже як порожнє тло. Якби ми зважували галактику лише за тим, що світиться, вона виявилася б дрібним, невиразним об’єктом. Але її оточення може вказувати на щось інше.

У цьому полягає головний секрет космічного зважування: маса може проявлятися не світлом, а рухом.

Галактика, яку майже не видно. CDG-2 може бути одним із найтемніших об’єктів у Всесвіті

Рух як «підпис» гравітації

Найточнішим методом було б виміряти швидкості зоряних скупчень або зірок, що обертаються навколо галактики. Якщо вони рухаються швидше, ніж це відповідало б видимій масі, там має бути ще одна гравітаційна складова. Саме так історично було доведено, що галактики містять набагато більше маси, ніж ми бачимо в їхніх зірках і газі.

У випадку з CDG-2 все складніше. Об’єкт дуже тьмяний і віддалений, тому детальні вимірювання рухів ускладнені. Тому астрономи використовують також статистичні залежності. Наприклад, кількість і властивості кульових зоряних скупчень можуть підказати, наскільки масивне темне гало оточує галактику. Це не пряме зважування, а скоріше кваліфікована оцінка за космічними правилами, які ми знаємо з інших галактик.

Уявімо це як відстеження тварини на снігу. Ви не бачите саму тварину, але за слідами, відстанями між ними та глибиною відбитків оцінюєте її розмір. У випадку темної галактики цими слідами є зоряні скупчення, слабке світло та гравітаційна логіка.

Гравітаційна лінза: ідеальний, але не завжди доступний метод

Інший спосіб вимірювання маси у Всесвіті — гравітаційне лінзування. Маса викривляє світло, і якщо між нами та віддаленою галактикою лежить масивний об’єкт, він може деформувати її зображення. За ступенем деформації можна обчислити масу об’єкта, що лінзує.

Це чудово працює для гігантських скупчень галактик, але для малих і надзвичайно слабких об’єктів це набагато складніше. Темна галактика може бути недостатньо масивною або мати неправильну геометрію, щоб утворити легко розпізнавані лінзові сліди. Тому доводиться поєднувати кілька слабших ознак.

Чому невизначеність є невід’ємною частиною відкриття

Отже, коли ми чуємо, що галактика може на 99 відсотків, або навіть на понад 99,9 відсотка складатися з темної матерії, це не означає, що хтось її досконало зважив. Це означає, що наявні дані найкраще узгоджуються саме з таким сценарієм. Щодо об’єктів на межі видимості слід бути обережними.

І все ж це захоплює. Адже саме ці майже невидимі об’єкти можуть стати найкращою лабораторією для дослідження темної матерії. Чим менше зірок, газу та звичайної матерії заважає, тим чіткіше можна спостерігати гравітаційний каркас.

Оцінити галактику, яка майже не світиться, означає навчитися «читати» відсутність. Не питати лише про те, що ми бачимо, а про те, що має існувати, щоб видимі залишки трималися разом.

У космосі іноді справа не в тому, щоб знайти об’єкт безпосередньо. Достатньо знайти доказ того, що порожнеча має вагу.

Вчені попереджають: протягом 10 років може вибухнути чорна діра. Що це означатиме для людства?

Дві чорні діри, які «не мали б існувати»: чому гігантське зіткнення спантеличує астрономів

Чому взагалі існують чорні діри і чому без них Всесвіт не має цілком логічного сенсу

Що знаходиться по той бік чорної діри? Нова теорія пропонує одну з найдивніших відповідей сучасної фізики

Чорні діри — це не те, що ви думаєте. 11 міфів, у які вірить майже кожен

КІНЕЦЬ ТЕОРЕТИЧНОЇ ФІЗИКИ? Штучний інтелект вперше зазирнув УСЕРЕДИНУ чорної діри. Вчені не вірять власним очам

Навколо надмасивних чорних дір можуть утворюватися мільйони планет. Деякі з них, можливо, виростуть аж до зірок

Жінка, яка описала Всесвіт (3.): Вера Рубін — жінка, яка довела існування темної матерії

^{Інші теми з науки, історії та природи ви знайдете на сайті}^{«Код Енігма}^{».
Джерела: ESA – «Хаббл», «Евклід» та «Субару» відкрили темну галактику [}¹^{], Li et al. – «Candidate Dark Galaxy-2: Validation and Analysis of an Almost Dark Galaxy in the Perseus Cluster» [}²^{], NASA Science – «Dark Matter» [}³^{], Spitler & Forbes – «A new method for estimating dark matter halo masses using globular cluster systems» [}⁴^{], зображення, створене штучним інтелектом}

Інші статті з Kód Enigma

Цю статтю опубліковано на основі джерел Kód Enigma

KodEnigma.cz — онлайн-журнал для всіх, хто любить відкривати незвичайні історії, цікаві факти та теми, які змушують подивитися на світ з іншого боку. Сайт пише про природу, історію, науку, космос, загадки, несподівані відкриття й явища, що дивують або спонукають до роздумів.Сильна сторона...

Всі статті цього автора

Обране Журнали та історії

У цих курортах можна купатися на відкритому повітрі навіть взимку: температура джерела становить 36 °C, а навколишня природа захоплює дух

Гаряча вода вже давно не є атрибутом лише зимових оздоровчих поїздок. Влітку вона може стати ідеальною...