Uważa się, że materia i energia, które obserwujemy bezpośrednio, to tylko kilka procent całej zawartości Wszechświata. Reszta to tzw. ciemna materia oraz ciemna energia. Jej istnienie zdradzają obserwacje pośrednie, jak np. wywierane przez nie efekty grawitacyjne. Teraz zespół astronomów dostrzegł galaktykę, która wydaje się nie mieć ciemnej materii. Wyniki obserwacji nie pasują do wiodącego modelu kosmologicznego.
Zgodnie ze standardowym modelem kosmologicznym, Wszechświat wypełniony jest znacznie większą ilością ciemnej materii niż materii barionowej, czyli tej zwykłej, znanej nam materii. Ta hipotetyczna substancja jest niewidoczna, nie emituje i nie odbija promieniowania świetlnego, dlatego bardzo trudną ją wykryć. Ale jej istnienie zdradzają wywierane przez nią efekty grawitacyjne, przynajmniej w ten sposób naukowcy tłumaczą anomalie w rotacji galaktyk i ruchu galaktyk w gromadach. Widzialnej materii jest zbyt mało, aby można było wytłumaczyć zachodzące w tych przypadkach efekty. Mimo lat poszukiwań istnienie ciemnej materii nie zostało potwierdzone. Naukowcy wciąż starają się dociec, jaka jest jej dokładna natura i co ją tworzy.
W standardowym modelu kosmologicznym masywne galaktyki zawierają znaczne ilości ciemnej materii. Uważa się, że ciemna materia jest klejem, który łączy razem gwiazdy, gaz i pył w galaktyki. Przeważa idea, że wszystkie galaktyki mogą istnieć tylko wtedy, gdy są utrzymywane razem przez ciemną materię.
Ale w niedawnych obserwacjach zespołu astronomów kierowanego przez Sébastiena Comeróna z Uniwesytetu La Laguna na Teneryfie dostrzeżono galaktykę, która wydaje się nie posiadać ciemnej materii. To oddalona od nas o 240 milionów lat świetlnych galaktyka oznaczona została jako NGC 1277. Ma ona masę kilka razy większą niż Droga Mleczna.
Należy tutaj podkreślić, że jest to jedna z tych najstarszych galaktyk, która do tego nie uległa większym zmianom i w swojej historii nie miała większych interakcji z innymi galaktykami. Te tzw. galaktyki reliktowe są bardzo rzadkie i uważane są za pozostałości po gigantycznych galaktykach, które powstały we wczesnych dniach Wszechświata.
- Znaczenie galaktyk reliktowych w zrozumieniu, w jaki sposób powstały pierwsze galaktyki, było powodem, dla którego zdecydowaliśmy się obserwować NGC 1277 – wyjaśnia Comerón. Analizy umożliwiły badaczom obliczenie rozkładu masy w galaktyce w promieniu około 20 tys. lat świetlnych.
W oparciu o standardowy model kosmologiczny, po galaktyce o takiej masie powinniśmy oczekiwać, że od 10 proc. aż do 70 proc. całkowitej masy stanowić będzie ciemna materia. Tymczasem uzyskane dane prowadzą raczej do wniosku, że ciemnej materii jest w niej jedynie około 5 proc., albo też może jej tam nie być w ogóle. Zdaniem astronomów wydaje się to być szczególnie dziwne ze względu na fakt, iż mamy do czynienia z tak starą galaktyką.
W zaistniałej sytuacji zaproponowane zostały dwa możliwe wyjaśnienia, ale żadne nie jest w pełni satysfakcjonujące, przynajmniej dla autorów publikacji. Po pierwsze możemy założyć, że interakcje grawitacyjne z otoczeniem w ramach gromady galaktyk, w której znajduje się NGC 1277 pozbawiły ją ciemnej materii. Po drugie mogło dojść do sytuacji, w której w momencie formowania się tej galaktyki z protogalaktycznych fragmentów ciemna materia została z niej wypchnięta.
W kontekście tej niezwykłej galaktyki i braku jej kompatybilności z istniejącymi modelami można by zaryzykować stwierdzenie, że rozwiązaniem byłoby odejście od głównych modeli, opartych o założenie istnienia ciemnej materii. Jednakże, co również podkreślają astronomowie, NGC 1277 stanowiłaby także wyzwanie dla modeli, które ciemną materię zastępują modyfikacjami w zakresie tego, w jaki sposób w ogóle funkcjonuje grawitacja. A prawo powszechnego ciążenia musi przecież być uniwersalne i nie może zawierać wyjątków.
Opis i rezultaty badań ukazały się na łamach pisma „Astronomy & Astrophysics” (DOI: 10.1051/0004-6361/202346291).
Źródło: Instituto de Astrofísica de Canarias, IFLScience, fot. NASA, ESA, and M. Beasley (IAC)
