Астрономы обнаружили большую, но очень тусклую призрачную галактику. Его происхождение неизвестно, и само его существование бросает вызов нашим представлениям о темной материи.

Показанная здесь область охватывает 100×100 угловых секунд вокруг недавно открытой галактики, получившей название Нубе. Цветное изображение представляет собой совокупность света, собранного фильтрами g, r и i. Черно-белый фон, изображенный в диапазонах g и r, показан в инвертированных цветах, чтобы подчеркнуть слабые окраины галактики.
Монтес и др. / arXiv 2023

Астрономы обнаружили призрачную галактику, размером примерно вдвое меньше нашего Млечного Пути, но не более массивную, чем маленькое Малое Магелланово Облако, карликовый спутник нашей галактики. Поскольку звезды новой галактики распределены по огромному объему, она невидима для большинства телескопов, как призрак Хэллоуина. Происхождение Нубе (по-испански «облако»), как астрономы называют новую находку, может бросить вызов популярным представлениям о природе темной материи.

За последние годы такие объекты, как телефотоматрица Dragonfly в Нью-Мексико ( см. майский выпуск Sky & Telescope за 2019 год ) , впервые выявили существование ультрадиффузных галактик (UDG), которые демонстрируют необычно низкую поверхностную яркость. Однако Нубе еще более экстремальный. «Это особенно крупный и слабый пример», — говорит инициатор проекта «Стрекоза» Питер ван Доккум (Йельский университет), который не участвовал в новом открытии. «Я был взволнован, когда увидел ее представленную на конференции по ультрадиффузным галактикам этим летом в Сесто, Италия. Мы продолжаем находить более крупные и слабые системы и не знаем, где находятся пределы!»

Международная группа под руководством Мирейи Монтес (Институт астрофизики Канарских островов, Испания) по счастливой случайности обнаружила слабое пятно при глубоком исследовании экваториальной полосы неба в созвездии Кита, Кита. Последующие радионаблюдения с помощью 110-метрового телескопа Грин-Бэнк в Западной Вирджинии выявили красное смещение галактики, соответствующее расстоянию около 350 миллионов световых лет. Используя глубокие многоцветные изображения с помощью 10,4-метрового телескопа Gran Telescopio Canarias на Ла-Пальме, Монтес и ее коллеги оценивают звездную массу примерно в 400 миллионов солнечных масс и возраст в 10 миллиардов лет. Результаты появятся в журнале Astronomy & Astrophysicals ( препринт доступен здесь ).

«Эта группа — одна из ведущих команд в мире, изучающих явления низкой поверхностной яркости», — комментирует ван Доккум, — «и я рад видеть, что они также находят интересные ультрадиффузные галактики. Я думаю, что в прошлом они несколько скептически относились к [нашей предыдущей работе], и это на самом деле очень помогло продвинуть эту область вперед, поскольку привело к большому количеству последующей работы, которая в противном случае могла бы не произойти».

Однако, несмотря на новые находки, происхождение ультрадиффузных (или почти темных) галактик все еще сбивает астрономов с толку. В случае с Нубе (имя, предложенное пятилетней дочерью члена команды Игнасио Трухильо) Монтес и ее коллеги представили убедительные доказательства того, что он родился как изолированный объект. Другими словами, это не приливная карликовая галактика , образовавшаяся в результате столкновения более крупных галактик. Более того, его чрезвычайно правильная, симметричная форма позволяет предположить, что он никогда не испытывал взаимодействий, которые могли бы объяснить его странные свойства. «У меня нет хорошего объяснения происхождения», — говорит Монтес.

«Иногда кажется, что у каждой UDG есть своя история», — отмечает Ван Доккум. «Некоторые из них раздуты или разорваны на части приливными силами, некоторые не имеют темной материи, другие кажутся «неудавшимися галактиками» со множеством шаровых скоплений и избытком темной материи. Я думаю, пока неясно, к какой категории относится Нубе».

Однако ясно одно: Нубе содержит большое количество темной материи, скорее всего, распределенной в большом гало. Наблюдения Зеленого банка раскрывают динамические свойства нейтрального газообразного водорода в системе и указывают на то, что общая масса галактики составляет более 25 миллиардов солнечных масс – примерно в 25 раз больше, чем массы звезд и газообразного водорода вместе взятые.

Однако есть проблема: космологическое моделирование, основанное на современных теориях темной материи (в которых загадочная материя состоит из слабо взаимодействующих массивных частиц, или вимпов), не может создать такие галактики, как новая находка. Моделируемые галактики со звездными массами и массами гало темной материи, такие как Нубе, неизменно оказываются намного меньшими.

«Мы пытались рассмотреть все сценарии, которые могли бы создать что-то расширенное, — говорит Монтес, — но ничто не могло по-настоящему объяснить Нубе. Поэтому мы решили посмотреть, смогут ли это сделать другие формы темной материи».

Действительно, если темная материя состоит из аксионоподобных частиц чрезвычайно малой массы (также известных как нечеткая темная материя ), наблюдаемые свойства Нубе могут быть воспроизведены. «Однако ситуация далеко не ясна», — признает команда Монтеса. «Хотя нечеткая темная материя могла бы облегчить некоторые [проблемы], возникающие в сценарии холодной темной материи, для оценки этой модели необходима дополнительная работа».