Темная материя: закваска для галактик

Последние исследования, проведенные с помощью космического телескопа НАСА Spitzer, позволили определить количественные значения ингредиентов, из которых создаются галактики, и минимальную массу темной материи, при которой возможно формирование некоторых типов галактик, сообщает Spacedaily.

«Согласно доминирующей в настоящее время теории, галактики рождаются в пределах огромных сгустков темной материи, — комментирует руководитель исследования Дункан Фарра (Duncan Farrah) из Корнеллского университета, США. Мы обнаружили, что эти сгустки имеют практически одинаковую массу для различных галактик».

Обычная материя всегда излучает какие-либо виды электромагнитных волн, они могут быть видимыми или невидимыми, но в любом случае для регистрации их существуют оптические, инфракрасные, радио, рентгеновские и прочие инструменты.

Темная материя отличается тем, что не испускает никакого излучения, таким образом, ни один телескоп не может ее обнаружить. Тем не менее, она обладает массой и гравитацией, которые могут быть измерены по их воздействию на обычную материю. По оценкам ученых, во Вселенной темного вещества приблизительно в пять раз больше чем обычного.

«Обладая массой, сгусток темной материи начинает притягивать к себе другую темную материю, а также обычный газ, — объясняет соавтор исследования Джейсон Сорас (Jason Surace) из научного центра НАСА Spitzer, Калифорнийского технологического института, США. Концентрация газа приводит к образованию звезд и, в конечном счете, галактик, но наша работа показывает, что этого не случается, пока темная материя не достигнет определенной критической массы».

Д-р Фарра и его коллеги использовали данные обзора внешних галактик Spitzer Wide-area Infrared Extragalactic Survey для изучения сотен так называемых ультралюминесцентных инфракрасных галактик (ULIRG), находящихся на расстояниях порядка нескольких миллиардов световых лет от Земли. Эти молодые галактики, в которых бурно протекают процессы образования звезд, отличаются невероятной яркостью и заполнены большим количеством газа и пыли.

Анализируя данные, исследователи намеревались лучше понять механизм взаимодействия молодых галактик и темной материи, а также процессы дальнейшей эволюции, приводящей к образованию гигантских скоплений зрелых галактик, которые преобладают в современной Вселенной.

Ученые предположили, что галактики в скоплениях распределены вовсе не беспорядочно, напротив — все они связаны гравитацией темной материи. Определяя плотность ULIRG галактик в кластере можно косвенно измерить массу темного вещества в данной области пространства.

В результате вычисления масс темной материи для нескольких галактик, расположенных в двух скоплениях, находящихся на различных расстояниях от Земли, ученые обнаружили поразительную закономерность: для каждой галактики, независимо от ее расположения, масса темной материи оказалась примерно одинаковой — около 10 трлн. солнечных масс.

Поскольку не было обнаружено ни одной галактики, у которой масса темного вещества была бы меньше 10 трлн. солнечных масс, возможно, это значение является минимумом, необходимым для формирования ультралюминесцентной инфракрасной галактики.

«Сгустки темной материи являются своеобразной «закваской», из которой рождаются эти отдаленные галактики,— говорит д-р Сорас. Галактики, подобные нашей и прочие ближние галактики формируются совершенно другим способом. Наше исследование относится только к структурам ранней Вселенной, безмерно далекой от нас как в пространстве, так и во времени».

Вопрос о том, могут ли другие типы галактик создаваться подобным образом, остается пока открытым. Из предыдущих исследований очень ярких галактик, известных как квазары, следует, что для их формирования также требуется определенная минимальная масса темной материи, причем для квазаров эта величина несколько меньше, чем для ULIRG галактик, — она находится в пределах от 4 до 5 трлн. солнечных масс.