Галактический «заговор» опровергнут: темная материя и звезды не взаимодействуют, как считалось ранее

Одно из изображений команды с Очень Большого Телескопа, показывающее массивные галактики в группе. Каждая из галактик в центре имеет массу около 125 миллиардов масс нашего Солнца (включая их темную материю). Автор: Trevor Mendel, ANU

Давний «заговор» в астрономии, согласно которому звезды и темная материя взаимодействуют необъяснимым образом, был опровергнут международной группой астрономов в статье, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Заговор возник, чтобы объяснить явление, которое озадачивало астрономов четверть века. Плотность материи в разных галактиках, по-видимому, уменьшалась с одинаковой скоростью от центра к внешним краям. Это было озадачивающе, поскольку галактики разнообразны, имеют разный возраст, форму, размер и количество звезд. Так почему же у них должна быть одинаковая структура плотности?

«Эта однородность предполагает, что темная материя и звезды должны каким-то образом компенсировать друг друга, чтобы создавать такие регулярные структуры масс», — говорит доктор Каро Деркенн, первый автор статьи и исследователь ASTRO 3D из Университета Маккуори.

Как и во многих заговорах, ни один исследователь не смог придумать механизм. Если бы темная материя и звезды могли взаимодействовать таким образом, нам пришлось бы изменить наше понимание того, как формируются и развиваются галактики. Но они также не могли найти альтернативную причину, чтобы объяснить то, что они видели, до сих пор.

Деркенн и ее коллеги обнаружили, что сходство в плотности может быть связано не с самими галактиками, а с тем, как астрономы их измеряют и моделируют.

Команда наблюдала 22 галактики среднего возраста (примерно на четыре миллиарда лет назад из-за их большого расстояния) в необычайных подробностях, используя Очень Большой Телескоп Европейской Южной Обсерватории в Чили. Это позволило им создать более сложные модели, которые лучше отражали разнообразие галактик во Вселенной.

«Раньше люди строили простые модели, в которых было слишком много упрощений и предположений», — говорит Деркенн.

«Галактики сложны, и мы должны моделировать их свободно, иначе мы будем измерять неправильные вещи. Наши модели запускались на суперкомпьютере OzStar в Университете Суинберна, используя эквивалент примерно 8000 часов вычислительного времени настольного компьютера».

Теперь Деркенн применяет свои знания в области астрономии к обработке сложных данных для Государственной службы Австралии.

«Астрономия действительно хорошо настраивает вас на понимание больших данных», — говорит она. «Реальный мир запутан, и у нас не всегда есть все данные. Нет никого, кто мог бы сказать вам ответы или сказать, правы вы или нет. Вам нужно накапливать данные и анализировать их, пока вы не найдете то, что работает».

Проект использовал MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) на VLT для анализа галактик из обзора MAGPI (Middle Ages Galaxy Properties with Integral field Spectroscopy). MUSE собирает спектральные кубы данных, в которых каждый пиксель на самом деле является спектром.

«Проект MAGPI — это прекрасный пример того, как обучающие семинары и пространство для совместной работы в рамках ASTRO 3D используют стратегическое партнерство Австралии с Европейской южной обсерваторией», — говорит директор ASTRO 3D профессор Эмма Райан-Вебер.

«Комплексные данные, полученные с Очень Большого Телескопа ESO, не только решили давнюю проблему в астрономии, но и предоставили молодым ученым, таким как доктор Каро Деркенне, платформу, на которой можно начать карьеру в решении реальных проблем», — говорит она.

Соавторы — представители Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR) в Западной Австралии, Университета Дарема, Венского университета, Австралийского национального университета, Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее, Сиднейского университета, Университета Людвига-Максимилиана и Университета Квинсленда.

Больше информации: C Derkenne et al, The MAGPI Survey: Evidence against the bulge-halo conspiracy, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI: 10.1093/mnras/stae1836