Тёмные галактики: пока что теория…. Загадка недавно открытой тёмной галактики

Галактика-сателлит Virgo I

Международная группа астрономов под руководством Дайске Хоммы (Daisuke Homma) из Астрономического института при Университете Тохоку (Япония) обнаружила объект , который сопровождает Млечный Путь на его пути во Вселенной (примечание: наша Галактика вместе с соседними Андромедой и Треугольником образуют Местную группу, которая движется синхронно в неизвестном направлении, вероятно, под воздействием некоего сверхмассивного объекта).

Находка классифицирована как карликовая сфероидальная галактика Virgo I. Её размер лишь 248 световых лет в диаметре, а расстояние от Солнца - 280 000 световых лет.



Местная группа

Хотя направление движения Местной группы не известно, но мы можем изучать наших маленьких спутников - карликовые сфероидальные галактики (dSph), которые сопровождают Местную группу в её движении. Изучение этих галактик позволяет лучше понять природу гравитации и сущность тёмной материи, которая, предположительно, удерживает эти галактики вместе.

Около Млечного Пути уже обнаружено около 50 галактик-спутников, и примерно 40 из них относятся являются тусклыми, то есть в значительной мере состоящими из тёмной материи. Эти 40 галактик относятся к классу карликовых сфероидальных галактик.

Галактики-спутники Млечного Пути, в том числе галактика Virgo I. Синими квадратами обозначены БМО и ММО, замеченные нашими предками ещё в доисторические времена

Находка японских астрономов Virgo I - одна из самых тёмных галактик среди всех, обнаруженных на сегодняшний день. Значит, в ней доля тёмной материи очень большая. Собственно, этот факт и объясняет то обстоятельство, почему данную галактику до сих пор не удавалось заметить.

После такой находки учёные считают, что у нашего Млечного Пути может быть гораздо больше спутников, чем мы предполагали. Количество почти невидимых нашему глазу галактик, состоящих преимущественно из тёмной материи, вокруг нас может быть очень большим. Может быть, вокруг нас сотни таких галактик.

Открытие большой тёмной галактики прямо возле нас - это ключ к решению проблемы недостающих спутников . В самом деле, исходя из численного космологического моделирования, тёмная материя во Вселенной должна распределяться иерархическим кластером, порождая галактические гало всё меньшего и меньшего размера. Однако реальные наблюдения астрономов дают нам не такую картину, какую предсказывает теория. Согласно наблюдениям, в космосе вполне достаточное количество галактик нормального размера для распределения, предсказанного математической моделью, но явно не хватает карликовых галактик. Наблюдаемое нами количество карликовых галактик примерно на порядок меньше, чем положено. См. расчёт Анатолия Клыпина и Андрея Кравцова из Государственного университета Нью-Мексико (США) с коллегами.

Цифровая камера Hyper Suprime-Cam в сравнении с маленькой девушкой ростом 158 см

Vitro I - одна из самых тёмных галактик, найденных к настоящему времени. В этом открытии замечательно то, что оно даёт основание надеяться на открытие других карликовых сфероидальных галактик возле Млечного Пути, коих должно быть в районе 500 штук. Возможно, в ближайшее время будет найдено множество таких объектов. Их масса и расположение позволит лучше понять, каким образом распределяется тёмная материя во Вселенной. В частности, рядом с нашей Галактикой. Как был сформирован Млечный Путь и какова роль в этом тёмной материи.

Ученые заметили сверхтяжелую галактику, почти целиком состоящую темной материи и сопоставимую по размерам с Млечным Путем. Это - «Стрекоза 44», уютно разместившаяся в соседнем скоплении Кома. «Стеркозу 44» почти не замечали, пока в прошлом году внимание не привлек ее неординарный состав, темной материи в ней больше, чем в других сверхмассивных объектах Вселенной.

«Стрекоза 44» напоминает кляксу величиной с Млечный Путь, но в ней гораздо меньше звезд. Долгое время ученые думали, что «Стрекоза» просто маленькая. Когда на нее обратили пристальный взгляд - поняли, там ничтожное количество обычного вещества, и космический объект должен был разорваться на куски. Но что-то заставляет держаться «Стрекозу 44».

Открытие совершили астрономы Йельского университета, под предводительством Питера ван Доккума. Получить идеальные снимки «Стрекозы» удалось в Обсерватории Кека на телескопе «Джемини Север». На протяжении шести ночей приборы делали снимки, чтобы установить скорости звезд «Стрекозе». 8-метровый «Джемини Север» помог увидеть, что вокруг ее оси, есть скопление звезд, как и во Млечном Пути.

«Резвость» звезд определяет массивность галактики, отмечают исследователи. Чем быстрее движутся светящиеся объекты, тем значительнее масса. Сначала ученых обескуражило, что звездочки «Стрекозы 44» движутся намного быстрее, чем это можно было бы ожидать в такой тусклой галактике. Единственное объяснение – огромное количество невидимой массы.

У «темной» галактики – состав впечатляет. Масса «Стрекозы 44» больше солнечной в триллион раз, как у Млечного пути. Лишь 1% это величины приходится на «привычное» вещество: звезды, пыль и различные объекты. А 99% - из гипотетической «темной материи», незримого «ингредиента», заполняющего нашу Вселенная. Черная материя в ней по подсчетам составляет 90%.

Исследователи отмечают, что это не первая «темная» галактика, открытая астрономами, но ранее находили только карликовые галактики со схожим составом. Они примерно в 10000 раз меньше, чем массивная «Стрекоза 44».

По словам Роберто Абрахама из Университета Торонто, астрономы пока не понимают, как могли образоваться «темные» галактики. Однако изучение данных «Джемини» показывает, что большая часть обычного вещества, сосредоточена в компактных кластерах, и очевидно это является важным ключом формирования «темных» галактик, который астрономы пока не смогли расшифровать.

В тоже время ван Доккум утверждает, что если мы хотим больше узнать о темной материи, определить ее состав и характеристики, то нужно искать больше таких объектов, как стрекоза 44. Так что охота за «темными» галактиками началась, слабые сигналы Вселенной, помогу раскрыть тайну невидимой материи.

Удивительность современной науки состоит в том, что её едва ли не в большей степени интересуют те явления и феномены, которые пока что существуют лишь в гипотезах, нежели явления и феномены реальные и давно наблюдаемые. В отношении изучения космоса подобный подход наиболее распространён и особенно ярко проявляется в рассмотрении проблемы тёмных галактик.

Тёмная сторона Вселенной

Гипотеза о существовании тёмных галактик основано на признании существования во Вселенной субстанции, противоположной материи, веществу – антивещества, тёмной материи. Тёмная материя сама по себе является данностью и не нуждается в доказательстве – обычные галактики и звёздные системы, в том числе и наша Солнечная система, состоит как из вещества, так и из антивещества. Но наблюдаемые галактики, в которых огромное количество звёзд, в своём «составе» имеют значительную долю вещества (космическая пыль, астероиды , планеты и их спутники, звёзды). Логично было бы предположить, что есть галактики, в которых соотношение вещества и антивещества сложилось по-другому и в них тёмной материи гораздо больше, чем собственно материи.

Разумеется, такое предположение и появилось, оно оформилось в гипотезу тёмных галактик, которая и сформулировала, что тёмные галактики - это галактики, в которых содержание антивещества превышает содержание вещества, звёзд присутствует совсем немного или даже их вовсе нет. При этом структурные связи в таких галактиках каким-то образом, ещё неизвестным науке, образует именно тёмная материя. Официальных доказательств наличия тёмных галактик пока что нет, однако эта проблема является предметом серьёзного научного исследования, так как имеются косвенные признаки тёмных галактик. Дело в том, что галактики движутся во Вселенной и нередко воздействуют друг на друга своими гравитационными полями, заставляя перемещаться свои звёзды. И имеются несколько случаев, когда передвижения звёзд, характерные для воздействия гравитации другой галактики, налицо, но никакой этой самой другой галактики поблизости не видно. Возможно, это воздействие оказывают именно тёмные галактики. Но существуют прямо противоположные мнения, насколько много может быть тёмных галактик: от предположения, что тёмных галактик в двадцать раз меньше галактик обычных, до версии, что тёмных галактик в сто раз больше, чем «нормальных» галактик.

Претендент: ядро невидимой галактики

Претендентов на то, чтобы считаться подтверждением гипотезы о тёмных галактиках, несколько; можно выделить три из них. Объект под кодовым названием HE0450-2958, который представляет собой квазар с необъяснимыми характеристиками. Квазаром называют ядро галактики, отличающееся необыкновенно ярким свечением, которое по своей интенсивности может превышать суммарную яркость всех звёзд многих галактик. Так вот, данный квазар отвечает всем условиям ядра галактики, кроме одного – рядом с ним не обнаружено галактики. Ядро галактики присутствует, а саму галактику обнаружить не могут.

Естественно, такой феномен весьма вдохновил сторонников гипотезы о тёмных галактиках – по их мнению, галактика вокруг квазара есть, просто она состоит преимущественно из тёмной материи , поэтому не может быть обнаружена. Возникли и альтернативные мнения, самое обоснованное из которых заключается в том, что галактика на самом деле есть, просто из-за воздействия расположенной неподалёку чёрной дыры она настолько маленькая, что её не видно с Земли из-за сильного свечения собственного ядра, квазара. Однако в настоящее время эта версия пока что не подтверждена данными наблюдений: не обнаружено вообще никаких признаков «нормальной галактики», что подозрительно даже с учётом фактора чёрной дыры.

Претендент из созвездия Девы

Второй претендент, носящий «имя» VIRGOHI21, ещё более загадочен, нежели первый претендент на честь стать подтверждённой тёмной галактикой. В том случае хотя бы есть видимое явление, квазар, здесь же принято говорить лишь об «объекте» в созвездии Девы. Несколько лет назад при наблюдении за одной из галактик этого созвездия были обнаружены несомненные следы активного гравитационного воздействия на эту галактику, а некоторые учёные высказывали даже мнение о столкновении галактик. Но вот никакой второй галактики в этом районе, расположенном на расстоянии 50 миллионов световых лет от Земли, учёные не смогли увидеть.

Судя по оказанным на видимую галактику воздействиям, объект, оказавший это воздействие, должен быть именно галактикой, и их взаимодействие длится как минимум сто миллионов лет. Однако на месте, где гипотетически расположен этот объект, до сих пор, даже с использованием самых современных и мощных телескопов, не могут обнаружить ни одной видимой звезды. Единственным вариантом, который могут предложить противники идеи о существовании тёмных галактик, является довольно сумбурное предположение, что объект VIRGOHI21 может быть своего рода «куском» антивещества, который по каким-то причинам образовался на ранних этапах истории Вселенной и с тех пор путешествует по её просторам.

Претендент: карликовая галактика

Честь именоваться третьим претендентом на право быть тёмной галактикой принадлежит карликовой галактике, являющейся спутником Млечного Пути и обозначенной как Segue 1. В момент первоначального открытия этой галактики, в 2008 году, присутствовало мнение, что это и вовсе не галактика, а просто случайно скопление звёзд, так или иначе «выпавших» из Млечного Пути. Так как было обнаружено всего лишь примерно тысяча видимых звёзд, что невероятно мало для «нормальной» галактики. Но после того, как были получены данные по массе Segue 1 и скорости передвижения находящихся в ней звёзд, первые робкие разговоры о том, что, возможно, это тёмная галактика, стали куда увереннее.

Дело в том, что масса якобы карликовой галактики в 3400 раз превышает максимальную массу, которую по расчётам должны были бы иметь расположенные в ней видимые звёзды. Что касается движения этих звёзд, то в случае наличия в данной области Вселенной только тысячи тех самых звёзд, то все они двигались бы относительно Млечного Пути с примерно равной скоростью 209 километров в секунду. Но у разных звёзд в Segue 1 наблюдается различная скорость, которая разнится от показателя 194 километра в секунду до скорости в 224 километра в секунду. Это означает, что в рассматриваемой галактике имеется огромное количество «чего-то», что сообщает различным звёздам различную скорость. Вполне вероятно, что это «нечто» и есть тёмная материя и в этом случае Segue 1 является тёмной галактикой.

Александр Бабицкий

Далёкие предки современных жителей планеты Земля верили, что именно она является самым огромным в мироздании объектом, а небольшие по размерам Солнце и Луна день за днём крутятся вокруг неё по небосклону. Самыми маленькими образованиями в космосе им казались звёзды, которые сравнивались с крошечными светящимися точками, прикреплёнными к небесной тверди. Прошли века, и взгляды человека на строение Вселенной изменились кардинальным образом. Так что ответят теперь современные учёные на вопрос, какой самый большой космический объект?

Возраст и строение Вселенной

Согласно последним данным науки, наша Вселенная существует около 14 миллиардов лет, именно этим периодом исчисляется её возраст. Начав своё существование в точке космической сингулярности, где плотность материи была невероятно велика, она, постоянно расширяясь, достигла теперешнего состояния. На сегодняшний день считается, что Вселенная строится из обычного и привычного нам вещества, из которого состоят все видимые и воспринимаемые приборами астрономические объекты, всего лишь на 4,9%.

Раньше, исследуя космос и движение небесных тел, древние астрономы имели возможность основываться только на собственных наблюдениях, используя при этом лишь нехитрые измерительные приборы. У современных учёных, чтобы осознать строение и размеры разнообразных образований во Вселенной, есть искусственные спутники, обсерватории, лазеры и радиотелескопы, самые хитрые по устройству датчики. На первый взгляд кажется, что с помощью достижений науки ответить на вопрос о том, какой самый большой космический объект, совсем не сложно. Однако это совсем не так легко, как представляется.

Где много воды?

По каким параметрам судить: по размерам, массе или количеству? К примеру, самое крупное облако воды в космосе обнаружено от нас на расстоянии, которое свет проходит за 12 миллиардов лет. Общее количество этого вещества в виде пара в данной области Вселенной превышает все запасы земных океанов в 140 триллионов раз. Водяных испарений там в 4 тысячи раз больше, чем содержится во всей нашей галактике, называемой Млечный Путь. Учёные считают, что это древнейшее скопление, образовавшееся задолго до тех времён, когда наша Земля как планета явилась миру из солнечной туманности. Этот объект, по праву относимый к гигантам Вселенной, появился почти сразу после её рождения, всего по прошествии какого-то миллиарда лет или, может, чуть более.

Где сконцентрирована самая большая масса?

Вода, как предполагается, является старейшим и самым распространённым элементом не только на планете Земля, но и в глубинах космоса. Выходит, какой самый большой космический объект? Там, где больше всего воды и прочего вещества? Но это не совсем так. Упомянутое облако пара существует лишь потому, что сконцентрировано вокруг наделённой огромной массой чёрной дыры и удерживается силой её притяжения. Гравитационное поле рядом с подобными телами оказывается настолько сильным, что никакие объекты не способны покинуть их пределы, даже если они движутся со световой скоростью. Подобные «дыры» Вселенной именно потому и называются чёрными, что кванты света не в состоянии преодолеть гипотетическую линию, именуемую горизонтом событий. Поэтому их невозможно увидеть, но огромная масса данных образований постоянно даёт о себе знать. Размеры чёрных дыр чисто теоретически могут быть не очень большими ввиду их фантастической плотности. При этом в небольшой точке пространства концентрируется невероятная масса, отсюда, согласно законам физики, возникает и гравитация.

Ближайшие к нам чёрные дыры

Наш родной Млечный путь относится учёными к спиралевидным галактикам. Ещё древние римляне именовали её «молочной дорогой», так как с нашей планеты она имеет соответствующий вид белой туманности, распростёртой на небе в черноте ночи. А греки придумали целую легенду о появлении данного скопления звёзд, где оно представляет собой брызнувшие из грудей богини Геры молоко.

Как и у многих других галактик, существующая в центре Млечного пути чёрная дыра является сверхмассивным образованием. Называют её «Стрелец А-звезда». Это настоящее чудовище, которое буквально пожирает собственным гравитационным полем всё вокруг себя, скапливая в своих пределах огромные массы вещества, количество которого постоянно прибывает. Однако, близлежащая область именно по причине существования в ней указанной втягивающей воронки оказывается очень удачным местом для появления новых звёздных образований.

В местную группу вместе с нашей входит и галактика Андромеды, которая является ближайшей к Млечному Пути. Она тоже относится к спиральным, но в несколько раз больше и включает в себя около триллиона звёзд. Впервые в письменных источниках древних астрономов о ней упоминалось в трудах персидского учёного Ас-Суфи, жившего более тысячелетия тому назад. Это огромнейшее образование представилось упомянутому астроному как маленькое облачко. Именно за свой вид с Земли галактику также часто именуют Туманностью Андромеды.

Даже гораздо позднее учёные не могли себе представить масштабов и величины данного скопления звёзд. Они долго наделяли это космическое образование сравнительно небольшими размерами. Значительно приуменьшалось также расстояние до галактики Андромеды, хотя на самом деле неблизкий путь до неё составляет, по данным современной науки, дистанцию, которую даже свет преодолевает за период более двух тысяч лет.

Сверхгалактика и скопления галактик

Самым большим объектом в космосе можно было бы считать гипотетическую сверхгалактику. О существовании её выдвигались теории, но физическая космология современности считает неправдоподобным образование подобного астрономического скопления из-за невозможности гравитационных и прочих сил удержать её как единое целое. Однако сверхскопление галактик существует, и на сегодняшний день подобные объекты считаются вполне реальными.

Яркая точка на небе, но не звезда

Продолжая поиски примечательного в космосе, зададим теперь вопрос по-другому: какая самая большая звезда на небе? И снова не сразу найдём подходящий ответ. Приметных объектов, которые можно выделить невооружённым глазом в прекрасную погожую ночь, множество. Один - из них Венера. Эта точка на небосводе, пожалуй, ярче всех прочих. По интенсивности свечения она в несколько раз превосходит близкие к нам планеты Марс и Юпитер. Она уступает по яркости только Луне.

Однако Венера - совсем не звезда. Но древним подобную разницу заметить было очень сложно. Невооружённым глазом отличить горящие сами по себе звёзды и светящиеся отражёнными лучами планеты трудновато. Но даже в античные времена, например, греческие астрономы понимали разницу между этими объектами. Они называли планеты «блуждающими звёздами», так как перемещались те с течением времени по петлеобразным траекториям, в отличие от большинства ночных небесных красавиц.

Нечего удивительного, что Венера выделяется среди прочих объектов, ведь это вторая планета от Солнца, причём ближайшая к Земле. Теперь учёные выяснили, что небо самой Венеры сплошь покрыто густыми облаками и имеет агрессивную атмосферу. Всё это прекрасно отражает солнечные лучи, чем и объясняется яркость данного объекта.

Звёздный гигант

Самое крупное светило, обнаруженное на сегодняшний день астрономами, превышает по размерам Солнце в 2100 раз. Оно испускает малиновое свечение и находится в Этот объект расположен от нас на расстоянии четырёх тысяч световых лет. Специалисты называют её VY Большого Пса.

Но крупной звезда является только по размерам. Исследования показывают, что плотность её на самом деле ничтожно мала, а масса всего в 17 раз превышает вес нашего светила. Зато свойства этого объекта вызывают в научных кругах ожесточённые споры. Предполагается, что звезда расширяется, но со временем теряет яркость. Многие из специалистов высказывают также мнение, что огромные размеры объекта на самом деле в некотором роде лишь только кажутся таковыми. Оптическая иллюзия возникает за счёт туманности, обволакивающей истинные формы звезды.

Загадочные объекты космоса

Что такое квазар в космосе? Подобные астрономические объекты оказались для учёных прошлого века большой головоломкой. Это очень яркие источники света и радиоизлучения с относительно небольшими угловыми размерами. Но, несмотря на это, своим свечением они затмевают целые галактики. Но в чём причина? Предполагается, что в данных объектах располагаются сверхмассивные чёрные дыры, окружённые грандиозными газовыми облаками. Гигантские воронки поглощают в себя материю из космоса, за счёт чего постоянно увеличивают свою массу. Подобное втягивание и приводит к мощному свечению и, как следствие, к огромной яркости, возникающей в результате торможения и последующего нагревания газового облака. Считается, что масса подобных объектов превышает солнечную в миллиарды раз.

Гипотез об этих удивительных объектах высказывается множество. Некоторые считают, что это ядра молодых галактик. Но самым интригующим кажется предположение о том, что квазаров во Вселенной уже не существует. Дело в том, что свечение, которое земные астрономы могут наблюдать на сегодняшний день, достигало нашей планеты слишком длительный период. Считается, что ближайший к нам квазар располагается на расстоянии, которое свету пришлось преодолевать за тысячу миллионов лет. А это значит, что на Земле есть возможноть видеть лишь только «призраки» тех объектов, которые существовали в глубоком космосе в невероятно отдалённые времена. А тогда наша Вселенная была значительно моложе.

Тёмная материя

Но это далеко не все из тайн, которые хранит необъятный космос. Ещё более загадочной является «тёмная» его сторона. Обычного вещества, называемого барионной материей, как уже упоминалось, во Вселенной совсем немного. Большая часть её массы состоит, как на сегодняшний день высказываются предположения, из тёмной энергии. А 26,8% занимает тёмная материя. Подобные частицы неподвластны физическим законам, поэтому обнаружить их слишком сложно.

Данная гипотеза ещё до конца не подтверждена строгими научными данными, но возникла при попытке дать объяснение чрезвычайно странным астрономическим явлениям, связанным со звёздной гравитацией и эволюцией Вселенной. Всё это предстоит выяснить лишь в будущем.