Астрономы обнаружили, что темная материя доминирует в галактиках ранней Вселенной
Слева: распределение газа ионизированного углерода (C<sup>+</sup>) в масштабе гало P009-10, как показано цветным изображением и черными контурами. Распределение ядерного газа, центрированное на квазаре (большой черный крест), показано пурпурными контурами. Справа: поле скоростей излучения C<sup>+</sup> от -200 (синим цветом; движется к нам) до +200 (красным цветом; движется от нас) км/с, что указывает на когерентное вращение в массивном гало темной материи. Автор: Adapted from The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/ada145
The Astrophysical Journal (с англ. — «Астрофизический Журнал», сокр. ApJ, Astrophys. J.) — научный журнал, издаваемый в США, в котором публикуются статьи по астрофизике и астрономии. Основан в 1895 году астрономами Джорджем Хейлом и Джеймсом Килером. Википедия
Первым человеком, обнаружившим важную роль темной материи в галактиках, была астроном Вера Рубин, которая в 1970-х годах заметила, что внешние части местных галактик вращаются с большей скоростью, чем ожидалось, образуя то, что позже было названо плоской кривой вращения.
Если бы галактики состояли только из звезд и газа и подчинялись законам Ньютона, то окраины галактики двигались бы медленнее пиковой скорости ближе к центру галактики. Наблюдения Рубина могли бы иметь смысл только в том случае, если бы существовало большое количество невидимой массы, позже названной темной материей, которая окружала галактику как гало, позволяя звездам и газу в любом месте, далеком от центра галактики, двигаться с более высокой скоростью.
Более того, формирование темной материи в далеком прошлом во Вселенной никогда не ограничивалось наблюдениями и остается неизвестным, несмотря на ее фундаментальную важность для нашего понимания Вселенной.
Исследовательская группа под руководством приглашенного исследователя и аспиранта Пекинского университета Циньюэ Фэя из Института физики и математики Вселенной имени Кавли при Токийском университете (Kavli IPMU, WPI), в которую также входят профессор Джон Сильверман из Kavli IPMU, доктор Сейджи Фудзимото из Техасского университета в Остине и доцент Института астрономии и астрофизики имени Кавли при Пекинском университете Ран Ван, изучила содержимое темной материи сверхмассивных черных дыр, находящихся на расстоянии около 13 миллиардов световых лет.
«Вера Рубин предоставила первые доказательства существования темной материи, используя кривые вращения близлежащих местных галактик. Мы используем ту же технику, но теперь в ранней Вселенной», — сказал Сильверман.
Благодаря данным Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки (ALMA) и эмиссионной линии ионизированного углерода (C+) исследователи смогли раскрыть газовую динамику двух родительских галактик-квазаров при красном смещении 6. Изучая кривые вращения каждой галактики, они обнаружили, что темная материя составляет около 60% ее общей массы.
Кривые вращения далеких галактик. Данные в красном и синем остаются относительно плоскими (т. е. высокими), подобно локальным массивным дисковым галактикам при z~0 (пунктирная серая линия), которым нужна протяженная темная материя для объяснения их высоких скоростей. Результаты по другим галактикам при красном смещении ~2–3 (в серых точках данных) показывают кривую вращения, которая уменьшается на окраинах. Это приводит к низкой доле темной материи. Автор: Adapted from The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/ada145
Изменения скорости в зависимости от радиуса в галактике фиксируются газом, смещенным в синюю область спектра (движущимся к исследователям), и газом, смещенным в красную область спектра (движущимся от них).
Интересно, что кривые вращения в далекой Вселенной из прошлых исследований показывают уменьшение окраин галактики, что означает низкую долю темной материи. Но данные, полученные командой Фэя и Сильвермана, показывают плоскую кривую вращения, похожую на массивные дисковые галактики вблизи Земли, что указывает на то, что для объяснения высоких скоростей требуется больше темной материи.
Результаты работы команды проливают свет на сложную взаимосвязь между темной материей и сверхмассивными черными дырами. Они предлагают важную часть головоломки в понимании того, как галактики эволюционировали от ранней Вселенной до структур, которые мы наблюдаем сегодня.
Больше информации: Qinyue Fei et al, Assessing the Dark Matter Content of Two Quasar Host Galaxies at z ∼ 6 through Gas Kinematics, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/ada145
0 комментариев