Ученые нашли галактику из темной материи

Астрономы выяснили, что в "сверхтемной" галактике Dragonfly 44 лишь 0,01% массы приходится на звезды и видимый газ и пыль, 99,99% составляет невидимая и неосязаемая темная материя, что делает Dragonfly 44 идеальным объектом для изучения свойств этой загадочной субстанции.

Исследования галактик не перестают удивлять астрономов. Так, несмотря на значительный прорыв в технике получения глубоких изображений высокого разрешения, целый класс объектов таит в себе много еще не изученных интересных особенностей и преподносит новые сюрпризы.

Этот особенный класс — галактики низкой поверхностной яркости.

Галактики низкой поверхностной яркости — это системы, по многим параметрам схожие с «обычными» галактиками, но при этом обладающие очень низкой поверхностной яркостью даже в самых центральных областях. На данный момент уже очевидно, что галактики низкой яркости могут быть разных форм и размеров. Выделяют как карликовые, так и гигантские системы низкой яркости.

В частности, существует удивительный класс гигантских галактик низкой яркости, характерные размеры которых превышают размеры Млечного Пути в 10 раз!

Как такие системы могли образоваться, до сих пор остается до конца не ясным. Изучение таких галактик, в частности, проводилось и российскими учеными. Новый сюрприз галактики низкой яркости преподнесли в 2014 году, когда Питер ван Доккум из Йельского университета и его коллеги обнаружили в скоплении Кома 47 ультрадиффузных галактик низкой яркости, по своим размерам сопоставимых с размерами Млечного Пути. Эти объекты обладали старым звездным населением и имели сфероидальную форму.

По своим параметрам этот класс объектов скорее напоминал карликовые сфероидальные галактики, к примеру, из Местной группы галактик вблизи М101. Но внушительные размеры найденных ультрадиффузных галактик не позволяли их причислить к карликам. Особый интерес к этим галактикам связан с тем, что, судя по экстремально низким поверхностным яркостям, они имеют весьма малую общую массу звезд. Если бы основную массу таких объектов составляло только звездное население, они были бы разрушены приливными силами скопления.

Астрономы решили провести детальные исследования таких галактик, чтобы получить точную оценку их массы. С этой целью они получили измерения звездной кинематики одной из самых больших ультрадиффузных сфероидальных галактик выборки — Dragonfly 44. Работа была принята в Astrophysical Journal Letters.

Первый автор работы Питер ван Доккум отметил: «Очень скоро после открытия мы поняли, что эта галактика должна быть значительно массивнее, чем видно глазом. В ней настолько мало звезд, что ее бы разорвало на части, если бы что-то не сдерживало ее вместе». Кроме того, астрономы получили еще и глубокое изображение галактики. Наблюдения проводились на двух телескопах — Gemini и в обсерватории Кека. Оба телескопа расположены на Гавайях. Астрономам повезло, и наблюдения проходили при отличных погодных условиях. Для получения надежных спектральных данных ученым потребовалось 33,5 часа наблюдений, которые осуществлялись в течение шести ночей.

Оценка дисперсии скоростей звезд в 47 км/с озадачила астрономов. «Поразительно, но звезды движутся со скоростями, которые значительно превышают ожидания для столь неяркой галактики. Это значит, что Dragonfly 44 содержит в себе огромную долю невидимой массы», — говорит соавтор исследования Роберто Абрахам из Университета Торонто.

Оценка полной массы галактики оказывается близкой к массе Млечного Пути. А на долю темной материи приходится 98% в пределах радиуса, содержащего половину светимости галактики, и 99,9%, если экстраполировать на значительно больший вириальный радиус, в пределах которого средняя плотность вещества в 200 раз превышает критическую плотность Вселенной, следующую из космологических моделей.

Как отмечают авторы, предварительный анализ данных по другим менее крупным ультрадиффузным галактикам выборки показывает меньшие значения дисперсий скоростей, что говорит о меньшей динамической массе.

Столь большое и плотное скопление темной материи, по словам астрофизиков, может объяснять то, как эта галактика и другие ее «сверхтемные» кузины, открытые за последние два года, могут существовать рядом с крупными скоплениями галактик, которые должны были давно разорвать их на части.

«Открытие такой галактики – большой подарок для ученых, изучающих темную материю. В ней нет «лишних» объектов вроде звезд и газа, она почти полностью состоит из темной материи, которую мы можем изучать. До этого мы знали лишь о существовании карликовых галактик такого типа, и открытие галактик, похожих на Dragonfly 44, но более близких к нам, поможет нам узнать, что такое темная материя и как выглядят ее частицы», — заключает ван Доккум.