Група дослідників, що використовує космічний телескоп «Хаббл» НАСА, виявила новий тип астрономічного об'єкта — беззіркову, багату на газ хмару темної матерії, яка вважається «реліктом» або залишком раннього формування галактик. Звана «Хмара-9», це перше підтверджене виявлення подібного об'єкта у Всесвіті — відкриття, яке сприяє розумінню формування галактик, раннього Всесвіту та природи найтемнішої матерії.
«Це історія про галактику, що не відбулася», — сказав керівник програми Алехандро Бенітес-Лламбай з Мілано-Бікокського університету в Мілані, Італія. «У науці ми зазвичай більше дізнаємося із невдач, ніж з успіхів. В цьому випадку відсутність зірок підтверджує правильність теорії. Це говорить нам про те, що ми виявили в локальному Всесвіті первинний будівельний блок галактики, який так і не сформувався».
Результати, опубліковані в журналі Astrophysical Journal Letters, були представлені на пресконференції в рамках 247-го засідання Американського астрономічного товариства у Фініксі.
"Ця хмара - вікно в темний Всесвіт", - сказав член команди Ендрю Фокс з Асоціації університетів з досліджень в астрономії/Інституту космічних телескопів (AURA/STScI) Європейського космічного агентства. «З теорії ми знаємо, що більшість маси у Всесвіті має бути темною матерією, але виявити цю темну матерію складно, тому що вона не випромінює світло. Хмара-9 дає нам рідкісну можливість побачити хмару, в якій переважає темна матерія».
Об'єкт називається Хмарою H I, обмеженою реіонізацією, або «RELHIC». Термін "H I" належить до нейтрального водню, а "RELHIC" описує родову водневу хмару з ранніх днів Всесвіту, скам'янілий залишок, з якого не утворилися зірки. Упродовж багатьох років вчені шукали докази існування такого теоретичного фантомного об'єкта. Лише коли вони направили телескоп Хаббл у бік хмари, підтвердивши, що вона справді беззоряна, вони знайшли підтвердження цієї теорії.
«До використання телескопа "Хаббл" можна було стверджувати, що це тьмяна карликова галактика, яку ми не могли побачити за допомогою наземних телескопів. Їхня чутливість була недостатньою для виявлення зірок», — сказав провідний автор дослідження Гагандіп Ананд із STScI. «Але за допомогою вдосконаленої камери "Хаббла" ми можемо з упевненістю сказати, що там нічого немає».
Відкриття цієї реліктової хмари стало несподіванкою. «Серед наших галактичних сусідів можуть бути й занедбані будинки», — сказала Рейчел Бітон із STScI, яка також входить до дослідницької групи.
Астрономи вважають, що RELHIC - це хмари темної матерії, які не змогли накопичити достатньо газу для утворення зірок. Вони є вікном в ранні стадії формування галактик. Хмара-9 передбачає існування безлічі інших невеликих структур у Всесвіті, в яких переважає темна матерія, - інших галактик, що не відбулися. Це відкриття дає нове розуміння темних компонентів Всесвіту, які важко вивчати за допомогою традиційних спостережень, зосереджених на яскравих об'єктах, таких як зірки та галактики.
Вчені багато років вивчали водневі хмари поблизу Чумацького Шляху, але ці хмари зазвичай набагато більші та мають більш неправильну форму, ніж Хмара-9. Порівняно з іншими спостереженими водневими хмарами, Хмара-9 менша, компактніша і має сферичну форму, що робить її зовсім несхожою на інші.
Ядро цього об'єкта складається з нейтрального водню та має діаметр близько 4900 світлових років. Дослідники виміряли масу водневого газу в Хмарі-9 по випромінюваних нею радіохвилях, отримавши значення, що дорівнює приблизно мільйону мас Сонця. Припускаючи, що тиск газу врівноважує гравітацію хмари темної матерії, що, мабуть, так і є, дослідники розрахували, що маса темної матерії у Хмарі-9 має становити близько п'яти мільярдів сонячних мас.
Хмара-9 – це приклад структур та загадок, не пов'язаних із зірками. Просте спостереження за зірками не дає повної картини. Вивчення газу та темної матерії допомагає отримати повніше розуміння того, що відбувається в цих системах, що інакше залишилося б невідомим.
З погляду спостережень, ідентифікація цих галактик, що «не відбулися», є складним завданням, оскільки прилеглі об'єкти затьмарюють їх. Такі системи також уразливі до впливу навколишнього середовища, наприклад, ефекту динамічного тиску, який може видаляти газ у міру руху хмари в міжгалактичному просторі. Ці фактори ще більше знижують очікувані кількісні характеристики.
Беззірковий релікт було виявлено три роки тому в рамках радіообстеження за допомогою п'ятисотметрового сферичного телескопа (FAST) у провінції Гуйчжоу, Китай. Це відкриття пізніше було підтверджено телескопом Грін-Бенк та телескопами Дуже великого масиву (VLAR) у США. Але тільки за допомогою телескопа Хаббл дослідники змогли остаточно визначити, що в галактиці, яка «не відбулася», немає зірок.
Хмара-9 була названа просто послідовно, бувши дев'ятою газовою хмарою, виявленою на околиці прилеглої спіральної галактики Месьє 94 (M94). Хмара знаходиться близько до M94 і, мабуть, має фізичний зв'язок із цією галактикою. Радіодані високої роздільної здатності показують невеликі спотворення газу, можливо, що вказують на взаємодію між хмарою та галактикою.
Хмара може у майбутньому сформувати галактику, якщо вона стане більш масивною — хоча як саме це станеться, залишається предметом дискусій. Якби вона була набагато більшою, скажімо, більш ніж у 5 мільярдів разів перевищувала масу нашого Сонця, вона б колапсувала, утворила зірки та стала б галактикою, яка нічим не відрізняється від будь-якої іншої галактики, яку ми бачимо. Якби вона була набагато меншою, газ міг би розсіятися та іонізуватися, і від неї мало що залишилося б. Але зараз вона знаходиться в оптимальному стані, в якому може залишитись реліктовим об'єктом.
Відсутність зірок у цьому об'єкті надає унікальну можливість вивчити внутрішні властивості хмар темної матерії. Рідкісність таких об'єктів і потенціал майбутніх досліджень, як очікується, сприятимуть відкриттю більшої кількості таких галактик, що не відбулися, або «реліктів», що дозволить отримати уявлення про ранній Всесвіт і фізику темної матерії.
