Galaktyki karłowate są mniejsze niż typowe galaktyki. Gwiazdy, które wchodzą w ich skład, liczy się w milionach i miliardach, a nie w bilionach. Zazwyczaj towarzyszą znacznie większym galaktykom. Satelickie galaktyki Drogi Mlecznej – Wielki Obłok Magellana i Mały Obłok Magellana – są galaktykami karłowatymi. 

Tak jak w przypadku innych galaktyk, w otaczającym je halo – czyli sferycznym obszarze wokół galaktyki – zgromadzona jest ciemna materia. Niekiedy jest jej bardzo dużo. Na początku 2021 r. astrofizycy z MIT odkryli, że halo galaktyki karłowatej Tukana II zawiera aż 3 do 5 razy więcej ciemnej materii niż wcześniej sądzono. 

Jednak, jak się okazuje, obecność ciemnej materii w halo galaktyki karłowatej nie jest regułą. Naukowcy z Uniwersytetu Bonn i Uniwersytetu Saint Andrews donoszą o odkryciu galaktyk karłowatych, wokół których najprawdopodobniej nie rozciąga się obszar ciemnej materii. 

Zniekształcone galaktyki karłowate 

Galaktyki te znajdują się w Gromadzie w Piecu – gromadzie galaktyk odległej od nas o ok. 62 mln lat świetlnych. Zawiera ona wiele galaktyk karłowatych. Najnowsze obserwacje wykazały, że niektóre z nich wydają się nietypowo zniekształcone. Mają takie kształty, jakby zostały wypaczone przez oddziałujące na nie potężne siły grawitacyjne. 

– Coś takiego nie powinno się zdarzyć w przypadku galaktyk karłowatych w Gromadzie w Piecu – mówi prof. Pavel Kroupa z Uniwersytetu w Bonn i Uniwersytetu Karola w Pradze. – Według przewidywań galaktyki te powinny być częściowo chronione przed wpływem grawitacyjnym otoczenia przez halo zawierające ciemną materię. 

To, jak galaktyki oddziałują na siebie, zależy od różnych czynników. W przypadku galaktyki karłowatej ważna jest:

  • masa galaktyki,
  • wewnętrzna struktura,
  • a także odległość od centrum gromady (gdzie oddziaływania grawitacyjne są najsilniejsze).

I tak np. rozległa galaktyka, która zawiera niewiele gwiazd, może być łatwo zniekształcona przez silne oddziaływanie grawitacyjne otoczenia. 

Co to jest zmodyfikowana dynamika newtonowska? 

Naukowcy prowadzili obserwacje z pomocą dwóch teleskopów: VLT Survey Telescope znajdującego się na pustyni Atakama oraz Europejskiego Obserwatorium Południowego. Uzyskane fotografie galaktyk karłowatych z Gromady w Piecu przyniosły zaskoczenie. Badacze nie byli w stanie wyjaśnić ich zniekształconych kształtów z pomocą standardowego modelu kosmologicznego. Czyli powszechnie akceptowanej teorii kosmologicznej zakładającej, że w kosmosie (a tym samym w halo galaktyk) istnieje ciemna materia. 

Jednak okazało się, że obserwacje dobrze pasowały do innej, mniej popularnej w świecie nauki teorii. Jest to tzw. zmodyfikowana dynamika newtonowska (modelu MOND) – teoria konkurencyjna wobec standardowego modelu kosmologicznego, która powstała w latach 80. XX w. Nie wprowadza ona pojęcia ciemnej materii, natomiast modyfikuje newtonowskie prawo powszechnego ciążenia – tak, by nie było uniwersalne, ale zależało od pewnych właściwości galaktyk.   

Jak wyjaśnić obserwacje z Gromady w Piecu? 

– Nie jesteśmy pewni, czy galaktyki karłowate mogłyby przetrwać wewnątrz gromad bez halo zawierającego ciemną materię, jak postuluje model MOND – zauważa dr Indranil Banik z Uniwersytetu St Andrews. – Jednak nasze wyniki pokazują dużą zgodność między obserwacjami zniekształceń galaktyk karłowatych w Gromadzie z Pieca a przewidywaniami otrzymanymi z pomocą zmodyfikowanej dynamiki newtonowskiej. 

– Nasze wyniki mają ogromne implikacje dla podstaw fizyki – podkreśla dr Hongsheng Zhao z Uniwersytetu St Andrews. – Przewidujemy, że w innych gromadach znajdzie się więcej zniekształconych galaktyk karłowatych. Inne zespoły badawcze mogą zweryfikować tę hipotezę – dodaje. 

Naukowcy zwracają też uwagę, że z roku na rok przybywa obserwacji, które da się łatwiej wyjaśnić bez sięgania po pojęcia ciemnej materii. – Nadszedł czas, by przeznaczyć więcej środków na testowanie innych, bardziej obiecujących teorii – zauważa prof. Kroupa. 

Praca badaczy ukazała się w czasopiśmie „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” 

Źródło: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Universität Bonn, MIT