En massiv galax utan mörk materia är ett kosmiskt mysterium

Vår bild av kosmisk evolution kan utmanas av upptäckten av en massiv galax som verkar sakna mörk materia.

Mörk materia, som utgör cirka 85 % av all materia i universum, verkar vara frånvarande i galaxen NGC 1277, en del av Perseus galaxkluster. Galaxen ligger 240 miljoner ljusår från jorden och är det första konglomerat i Vintergatans storlek av stjärnor, planeter, damm och gas som saknar mörk materia.

“Detta resultat stämmer inte överens med för närvarande accepterade kosmologiska modeller som inkluderar mörk materia,” sade lead discovery och University of La Laguna-forskaren Sebastién Comerón i ett uttalande.

Relaterad: Vad är mörk materia?

Mörk materia är praktiskt taget osynlig eftersom den inte interagerar med ljus som den vardagliga materia som utgör stjärnor, planeter och oss. Emellertid kan dess närvaro härledas av dess gravitationsinteraktioner. Förekomsten av detta skuggiga ämne antyddes först när astronomer observerade massiva galaxer rotera så snabbt att de skulle flyga isär om de inte hölls samman av gravitationskraften från en osynlig massa.

Detta faktum fick forskare att teoretisera att alla större galaxer är inkapslade i ett skal av mörk materia, och detta har blivit ett viktigt antagande för att utveckla teorier om galaktisk evolution. Men upptäckten av en galax som inte verkar innehålla någon mörk materia utmanar detta antagande.

Undersökning av en antisocial relikgalax

NGC 1277 anses vara en kosmisk relik och är ovanlig bland galaxer eftersom den hade liten interaktion med andra omgivande galaxer. Galaxer som dessa tros vara rester av jättegalaxer som fanns i det tidiga universum. Som sådana är dessa relikgalaxer avgörande för att hjälpa astronomer att förstå hur de första galaxerna bildades.

För att underlätta denna studie observerade Comerón och kollegor relikgalaxen NGC 1277 med ett instrument som kallas en integralfältspektrograf. Detta gjorde det möjligt för dem att kartlägga galaxens rörelse och bestämma dess massa och distribution.

Historien fortsätter

Man fann att fördelningen av den totala massan av NGC 1277 – som borde inkludera mörk materia – matchade fördelningen av massan av dess vardagliga materiainnehåll, det vill säga stjärnor, damm, gas och planeter. Det betyder att inte mer än 5 % mörk materia kan finnas inom galaxens radie, men resultaten överensstämmer mer med en total frånvaro av mörk materia i NGC 1277.

Detta är förvånande eftersom de för närvarande gynnade modellerna av kosmisk evolution, inklusive standardmodellen för kosmologi, indikerar att NGC 1277 bör vara 10-70% mörk materia.

“Denna diskrepans mellan observationerna och vad vi kan förvänta oss är ett pussel och kanske till och med en utmaning för standardmodellen”, säger teammedlemmen och forskaren vid University of La Laguna Ignacio Trujillo.

Var har The Relic Galaxy’s Dark Matter tagit vägen?

Forskarna bakom denna upptäckt har några idéer om varför NGC 1277 har så lite mörk materia.

“En är att gravitationsinteraktionen med det omgivande mediet i galaxhopen där denna galax finns har läckt ut den mörka materien”, säger teammedlemmen och forskaren vid University of La Laguna Anna Ferré-Mateu. “Den andra är att mörk materia drevs ut från systemet när galaxen bildades genom sammanslagning av protogalaktiska fragment, vilket skapade relikgalaxen.”

Inte helt nöjda med någon av förklaringarna kommer teamet att fortsätta studera NGC 1277 med William Herschel-teleskopet (WHT) vid Roque de los Muchachos-observatoriet på Kanarieön La Palma.

Liknande inlägg:

– “Gömda” fotoner kan kasta ljus över mystisk mörk materia

— Vi har aldrig sett mörk materia och mörk energi. Varför tror vi att de finns?

— Euklides uppdrag: ESA:s jakt på mörk materia och mörk energi

Om dessa framtida studier bekräftar att denna relikgalax saknar universums mest mystiska form av materia, tror forskare att det inte kommer att tvivla på existensen av mörk materia helt och hållet. Omvänt tror teamet att det skulle ifrågasätta alternativ till mörk materiamodeller, kända som modifierade gravitationsteorier.

“Även om mörk materia kan gå förlorad i en given galax, måste en modifierad gravitationslag vara universell; det får inte finnas några undantag”, sa Trujillo. “Så en galax utan mörk materia är ett vederläggande av denna typ av mörk materia-alternativ.”

De definitiva svaren får dock vänta, erkände Comerón. “Mysteriet om hur en massiv galax utan mörk materia kan bildas förblir ett mysterium”, avslutade forskaren.

Teamets forskning publiceras i tidskriften Astronomy and Astrophysics.