Usædvanlige galakser trodser teorien om mørkt stof

Efter at have fået både ros og skepsis, holdet af astronomer, der opdagede NGC 1052-DF2 – den allerførste kendte galakse, der indeholder lidt eller intet mørkt stof – er tilbage med stærkere beviser om dens bizarre natur.

Mørkt stof er en mystisk, usynligt stof, der typisk dominerer sammensætningen af ​​galakser; at finde et objekt, der mangler mørkt stof, er uden fortilfælde, og kom som en komplet overraskelse.

"Hvis der er en genstand, du har altid en lille stemme i baghovedet, der siger, 'men hvad hvis du tager fejl?' Selvom vi udførte alle de kontroller, vi kunne komme i tanke om, vi var bekymrede for, at naturen havde kastet os ud i en løkke og havde konspireret for at få noget til at se helt specielt ud, mens det virkelig var noget mere hverdagsagtigt, " sagde teamleder Pieter van Dokkum, Sol Goldman familieprofessor i astronomi ved Yale University.

Nu, van Dokkums hold har ikke en, men to, nye undersøgelser, der understøtter deres første observationer, demonstrerer, at mørkt stof faktisk kan adskilles fra galakser.

Teammedlemmer inkluderer Roberto Abraham, Professor i astronomi og astrofysik ved University of Toronto, Aaron Romanowsky, Lektor i fysik og astronomi ved San Jose State University, Charlie Conroy, professor i astronomi ved Harvard University, og Shany Danieli, en kandidatstuderende ved Yale University.

"Det, at vi ser noget, der bare er helt nyt, er det, der er så fascinerende, sagde Danieli, som første gang så galaksen for omkring to år siden. "Ingen vidste, at sådanne galakser eksisterede, og det bedste i verden for en astronomistuderende er at opdage et objekt, om det er en planet, en stjerne, eller en galakse, som ingen vidste om eller overhovedet tænkte over."

I den første undersøgelse, holdet bekræftede deres første observationer af NGC 1052-DF2, eller DF2 for kort, som viser, at mørkt stof praktisk talt er fraværende i galaksen. Brug af W. M. Keck Observatory's Keck Cosmic Web Imager (KCWI), de indsamlede mere præcise målinger og fandt ud af, at de kugleformede hobe inde i galaksen faktisk bevæger sig med en hastighed, der stemmer overens med massen af ​​galaksens normale stof. Hvis der var mørkt stof i DF2, klyngerne ville bevæge sig meget hurtigere.

"KCWI er unik på grund af kombinationen af ​​dets store undersøgelsesområde, " sagde hovedforfatter Danieli. "Instrumentet giver os ikke kun mulighed for at se hele galaksen på én gang, dens høje spektrale opløsning gør os også i stand til at måle massen nøjagtigt. Der er intet andet instrument i verden, der har de to egenskaber!"

I den anden undersøgelse, holdet brugte Keck Observatory's Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) til at finde en anden galakse blottet for mørkt stof, kaldet NGC 1052-DF4, eller DF4 for kort.

"At opdage en anden galakse med meget lidt eller intet mørkt stof er lige så spændende som den første opdagelse af DF2, sagde van Dokkum, hvem er hovedforfatter på DF4-avisen. "Det betyder, at chancerne for at finde flere af disse galakser nu er højere, end vi tidligere troede. Da vi ikke har nogen gode ideer til, hvordan disse galakser blev dannet, Jeg håber, at disse opdagelser vil opmuntre flere videnskabsmænd til at arbejde på dette puslespil."

Holdets resultater er offentliggjort i The Astrofysiske tidsskriftsbreve ; den første undersøgelse vises i dagens udgave, mens den anden undersøgelse vises i nummeret 20. marts.

Ligesom DF2, DF4 tilhører en relativt ny klasse af galakser kaldet ultra-diffuse galakser (UDG'er). De er lige så store som Mælkevejen, men har mellem 100 og 1000 gange færre stjerner, få dem til at se luftige og gennemsigtige ud, derfor svært at observere.

Ironisk, manglen på mørkt stof i disse UDG'er styrker teorien om mørkt stof. Det beviser, at mørkt stof er et stof, der ikke er koblet til 'normalt' stof, da begge kan findes separat. Opdagelsen af ​​disse galakser er svær at forklare i teorier, der ændrer tyngdelovene på store skalaer som et alternativ til hypotesen om mørkt stof.

Denne chokerende opdagelse vakte en del kritik, da holdet først annoncerede deres resultater i marts 2018.

"Det var til tider lidt stressende, sagde van Dokkum. På den ene side, det er sådan den videnskabelige proces formodes at fungere; du ser noget interessant, andre mennesker er uenige, du får nye data, og i sidste ende lærer du mere om universet. På den anden side, selvom størstedelen af ​​kritikken var konstruktiv og høflig, ikke alle af dem var. Hver gang der kom en ny kritik, var vi nødt til at klatre og finde ud af, om vi var gået glip af noget."

Van Dokkum siger, at han er stolt af sit hold for at stå sammen i de svære øjeblikke. Deres hårde arbejde har givet pote, med universet, der samarbejder og giver mere grund til at lede efter andre UDG'er som DF2 og DF4.

Danieli leder en bred områdeundersøgelse med Dragonfly Telephoto Array (DTA) for at lede efter flere eksempler på en systematisk måde, observer derefter kandidaterne igen ved hjælp af Keck-teleskoperne.

"Vi håber næste gang at finde ud af, hvor almindelige disse galakser er, og om de findes i andre områder af universet, " sagde Danieli. "Vi ønsker at finde flere beviser, der vil hjælpe os med at forstå, hvordan disse galaksers egenskaber fungerer sammen med vores nuværende teorier. Vores håb er, at dette vil tage os et skridt videre i forståelsen af ​​et af de største mysterier i vores univers – det mørke stofs natur."