Новые наблюдения свидетельствуют о том, что 10 миллиардов лет назад, то есть в эпоху образования большинства галактик, в массивных галактиках с активным звездообразованием преобладало «обычное» барионное вещество. Сейчас влияние таинственной темной материи на галактики гораздо больше. Неожиданный вывод о том, что в ранней Вселенной темной материи было существенно меньше, чем теперь, сделан на основании наблюдательных данных, полученных на Очень Большом Телескопе ESO. Исследование представлено в четырех статьях, одна из которых 16 марта 2017 года опубликована в журнале Nature.
Мы видим обычное вещество Вселенной в форме ярко сияющих звезд, светящегося газа и пылевых облаков. Темная материя не излучает, не поглощает и не отражает свет. Ее присутствие проявляется только в ее гравитационном воздействии на обычное вещество. Лишь существованием темной материи можно объяснить, почему внешние части близких к нам спиральных галактик вращаются быстрее, чем это теоретически определяется наблюдаемой массой обычного вещества в них.
Недавно международная группа астрономов под руководством Райнхарда Гензеля из Института внеземной физики Макса Планка в Гархинге (Германия) при помощи приемников KMOS и SINFONI на Очень Большом Телескопе ESO в Чили измерила вращение шести массивных галактик с активным звездообразованием в дальней Вселенной, в эпоху, когда образовалось большинство галактик, то есть 10 миллиардов лет назад.
Результат их измерений оказался неожиданным: в отличие от спиральных галактик в современной Вселенной, внешние области этих далеких галактик вращаются медленнее, чем внутренние, что означает, что там меньше темной материи, чем предполагалось.
«Удивительно не то, что скорости вращения галактик оказались непостоянными, а то, что они уменьшаются с расстоянием от центров галактик. Этому может быть два объяснения. Во-первых, возможно, что в большинстве ранних массивных галактик преобладает обычное вещество, а темная материя играет гораздо менее значительную роль, чем в современной нам Вселенной. Во-вторых, диски ранних галактик, возможно, гораздо более турбулентны, чем у спиральных галактик, которые мы видим в нашем космическом окружении», – сказал Райнхард Гензель, ведущий автор статьи в журнале Nature.
По-видимому, оба этих эффекта проявляются все в большей степени по мере того, как астрономы проникают все глубже и глубже внутрь ранней Вселенной. Получается, что спустя 3-4 миллиарда лет после Большого Взрыва газ в галактиках успел сконцентрироваться в плоские вращающиеся диски, а темная материя образовывала вокруг них сферические гало, гораздо более протяженные, чем гало вокруг нынешних галактик. И по-видимому прошли еще миллиарды лет, прежде чем темная материя сконденсировалась до такой степени, чтобы ее влияние стало сказываться на скоростях вращения внешних областей современных галактических дисков.
Такое объяснение согласуется и с тем, что, как показывают наблюдения, ранние галактики гораздо богаче газом и значительно компактнее, чем современные.
Кривые вращения галактик. Схематически представлены вращающиеся диски галактик ранней Вселенной (справа) и в настоящее время (слева). Credit: ESO
Шесть исследованных галактик принадлежат к большой выборке ста далеких галактических дисков с активным звездообразованием, изображения которых получены с приемниками KMOS и SINFONI на Очень Большом Телескопе ESO в обсерватории Параналь в Чили. В дополнение к описанным выше измерениям индивидуальных галактик, суммированием слабых сигналов от других галактик была получена средняя кривая их вращения, которая также показывает, что скорость вращения падает с увеличением расстояния от центров галактик. К тем же выводам привело и исследование 240 звездообразующих галактических дисков.
Детальное моделирование показывает, что в то время, как у современных галактик обычное вещество, как правило, составляет примерно половину массы, на самых больших красных смещениях оно полностью определяет динамику галактик.
Оценили 3 человека
2 кармы