Hubble-data bekræfter galakser, der mangler mørkt stof

Den hidtil mest nøjagtige afstandsmåling af ultra-diffus galakse (UDG) NGC1052-DF2 (DF2) bekræfter ud over enhver skygge af tvivl, at den mangler mørkt stof. Den nyligt målte afstand på 22,1 +/-1,2 megaparsec blev opnået af et internationalt team af forskere ledet af Zili Shen og Pieter van Dokkum fra Yale University og Shany Danieli, en NASA Hubble Fellow ved Institute for Advanced Study.

"At bestemme en nøjagtig afstand til DF2 har været nøglen til at understøtte vores tidligere resultater, " sagde Danieli. "Den nye måling rapporteret i denne undersøgelse har afgørende implikationer for at estimere de fysiske egenskaber af galaksen, hvilket bekræfter dens mangel på mørkt stof."

Resultaterne, udgivet i Astrofysiske tidsskriftsbreve den 9. juni, 2021, er baseret på 40 kredsløb af NASAs Hubble-rumteleskop, med billeddannelse fra Advanced Camera for Surveys og en 'tip of the red giant branch' (TRGB) analyse, guldstandarden for sådanne raffinerede målinger. I 2019, holdet offentliggjorde resultater, der målte afstanden til nabolandet UDG NGC1052-DF4 (DF4) baseret på 12 Hubble-baner og TRGB-analyse, hvilket gav overbevisende beviser for manglende mørkt stof. Denne foretrukne metode udvider holdets undersøgelser fra 2018, der var afhængige af "overfladelysstyrkeudsving" for at måle afstand. Begge galakser blev opdaget med Dragonfly Telephoto Array ved New Mexico Skies-observatoriet.

"Vi gik ud med vores første Hubble-observationer af denne galakse i 2018, " sagde van Dokkum. "Jeg tror, ​​folk havde ret i at sætte spørgsmålstegn ved det, fordi det er så usædvanligt et resultat. Det ville være rart, hvis der var en simpel forklaring, som en forkert afstand. Men jeg synes, det er sjovere og mere interessant, hvis det faktisk er en underlig galakse."

Ud over at bekræfte tidligere afstandsfund, Hubble-resultaterne viste, at galakserne var placeret lidt længere væk end tidligere antaget, styrker sagen om, at de indeholder lidt eller intet mørkt stof. Hvis DF2 var tættere på Jorden, som nogle astronomer hævder, det ville i sig selv være svagere og mindre massivt, og galaksen ville have brug for mørkt stof for at redegøre for de observerede effekter af den samlede masse.

Mørkt stof anses bredt for at være en væsentlig ingrediens i galakser, men denne undersøgelse giver yderligere bevis for, at dens tilstedeværelse måske ikke er uundgåelig. Mens mørkt stof endnu ikke er blevet observeret direkte, dens gravitationspåvirkning er som en lim, der holder galakser sammen og styrer synligt stofs bevægelse. I tilfælde af DF2 og DF4, forskere var i stand til at redegøre for stjernernes bevægelse baseret på stjernemasse alene, tyder på mangel eller fravær af mørkt stof. Ironisk, påvisningen af ​​galakser, der mangler mørkt stof, vil sandsynligvis hjælpe med at afsløre dens forvirrende natur og give ny indsigt i galaktisk evolution.

Mens DF2 og DF4 begge er sammenlignelige i størrelse med Mælkevejsgalaksen, deres samlede masser er kun omkring en procent af Mælkevejens masse. Disse ultra-diffuse galakser viste sig også at have en stor population af især lysende kuglehobe.

Denne forskning har skabt stor videnskabelig interesse, såvel som energisk debat blandt tilhængere af alternative teorier til mørkt stof, såsom modificeret newtonsk dynamik (MOND). Imidlertid, med holdets seneste resultater - inklusive de to UDG'ers relative afstande til NGC1052 - virker sådanne alternative teorier mindre sandsynlige. Derudover der er nu lidt usikkerhed i holdets afstandsmålinger givet brugen af ​​TRGB-metoden. Baseret på grundlæggende fysik, denne metode afhænger af observation af røde kæmpestjerner, der udsender et glimt efter at have brændt gennem deres heliumforsyning, som altid sker med samme lysstyrke.

"Der er et ordsprog, der siger, at ekstraordinære påstande kræver ekstraordinære beviser, og den nye afstandsmåling understøtter stærkt vores tidligere konstatering af, at DF2 mangler mørkt stof, " sagde Shen. "Nu er det tid til at bevæge sig ud over afstandsdebatten og fokusere på, hvordan sådanne galakser opstod."

Bevæger sig fremad, forskere vil fortsætte med at jage efter flere af disse mærkelige galakser, mens du overvejer en række spørgsmål såsom:Hvordan dannes UDG'er? Hvad fortæller de os om standard kosmologiske modeller? Hvor almindelige er disse galakser, og hvilke andre unikke egenskaber har de? Det vil tage at afdække mange flere galakser, der mangler mørkt stof, for at løse disse mysterier og det ultimative spørgsmål om, hvad mørkt stof egentlig er.