Kids

eso1709ru — Научный релиз

В ранней Вселенной было меньше темной материи

Наблюдения на VLT показывают, что в далеких галактиках преобладает обычное вещество

15 марта 2017 г.

16 марта 2017 г
Новые наблюдения свидетельствуют о том, что 10 миллиардов лет назад, то есть в эпоху образования большинства галактик, в массивных галактиках с активным звездообразованием преобладало «обычное» барионное вещество. Сейчас влияние таинственной темной материи на галактики гораздо больше. Неожиданный вывод о том, что в ранней Вселенной темной материи было существенно меньше, чем теперь, сделан на основании наблюдательных данных, полученных на Очень Большом Телескопе ESO. Исследование представлено в четырех статьях, одна из которых сегодня опубликована в журнале Nature.

Мы видим обычное вещество Вселенной в форме ярко сияющих звезд, светящегося газа и пылевых облаков. Темная материя не излучает, не поглощает и не отражает свет; ее присутствие проявляется только в ее гравитационном воздействии на обычное вещество. Только существованием темной материи можно объяснить, почему внешние части близких к нам спиральных галактик вращаются быстрее, чем это теоретически определяется наблюдаемой массой обычного вещества в этих галактиках [1].

Недавно международная группа астрономов под руководством Райнхарда Гензеля (Reinhard Genzel) из Института внеземной физики Макса Планка в Гархинге (Германия) при помощи приемников KMOS и SINFONI на Очень Большом Телескопе ESO в Чили [2] измерила вращение шести массивных галактик с активным звездообразованием в дальней Вселенной, в эпоху, когда образовалось большинство галактик, то есть 10 миллиардов лет назад.

Результат их измерений оказался неожиданным: в отличие от спиральных галактик в современной Вселенной, внешние области этих далеких галактик вращаются медленнее, чем внутренние, что означает, что там меньше темной материи, чем предполагалось [3].

“Удивительно не то, что скорости вращения галактик оказались непостоянными, а то, что они уменьшаются с расстоянием от центров галактик”, -- говорит Райнхард Гензель, первый автор статьи в журнале Nature. “Этому может быть два объяснения. Во-первых, возможно, что в большинстве ранних массивных галактик преобладает обычное вещество, а темная материя играет гораздо менее значительную роль, чем в современной нам Вселенной. Во-вторых, диски ранних галактик, возможно, гораздо более турбулентны, чем у спиральных галактик, которые мы видим в нашем космическом окружении”.

По-видимому, оба этих эффекта проявляются все в большей степени по мере того, как астрономы проникают все глубже и глубже внутрь ранней Вселенной. Получается, что спустя 3-4 миллиарда лет после Большого Взрыва газ в галактиках успел сконцентрироваться в плоские вращающиеся диски, а темная материя образовывала вокруг них сферические гало, гораздо более протяженные, чем гало вокруг нынешних галактик. И по-видимому прошли еще миллиарды лет, прежде чем темная материя сконденсировалась до такой степени, чтобы ее влияние стало сказываться на скоростях вращения внешних областей современных галактических дисков.

Такое объяснение согласуется и с тем, что, как показывают наблюдения, ранние галактики гораздо богаче газом и значительно компактнее, чем современные.

Шесть исследованных галактик принадлежат к большой выборке ста далеких галактических дисков с активным звездообразованием, изображения которых получены с приемниками KMOS и SINFONI на Очень Большом Телескопе ESO в обсерватории Параналь в Чили. В дополнение к описанным выше измерениям индивидуальных галактик, суммированием слабых сигналов от других галактик была получена средняя кривая их вращения, которая также показывает, что скорость вращения падает с увеличением расстояния от центров галактик. К тем же выводам привело и исследование 240 звездообразующих галактических дисков.

Детальное моделирование показывает, что в то время, как у современных галактик обычное вещество, как правило, составляет примерно половину массы, на самых больших красных смещениях оно полностью определяет динамику галактик.

Примечания

[1] Диск спиральной галактики совершает один оборот за время порядка сотен миллионов лет. В ядрах спиральных галактик наблюдается высокая конентрация звезд, но по мере удаления от центра галактики плотность светящегося вещества падает. Если бы масса галактики полностью определялась обычным веществом, более разреженные внешние области галактик вращались бы медленнее, чем плотные центральные области. Но наблюдения близких к нам спиральных галактик показывают, что их внешние и внутренние области вращаются примерно с одной и той же скоростью. “Плоские кривые вращения” свидетельствуют о том, что в спиральных галактиках должно присутствовать много несветящегося вещества в форме гало из темной материи, окружающего галактический диск.

[2] Данные были получены с спектрометрами интегрального поля KMOS и SINFONI, смонтированными на Очень Большом Телескопе ESO в Чили в рамках обзоров KMOS3D и SINS/zC-SINF. Впервые предпринимается столь полное и детальное исследование динамики большого количества галактик в интервале красных смещений от z~0.6 до 2.6, что соответствует 5 миллиардам лет космического времени.

[3] Этот новый результат не ставит под сомнение тот факт, что темная материя является фундаментальным компонентом Вселенной и доминирует над обычным веществом по массе. Его значение в том, что темная материя на ранних этапах развития Вселенной была распределена в галактических дисках и вне их не так, как сейчас.

Узнать больше

Результаты исследования представлены в статье “Strongly baryon dominated disk galaxies at the peak of galaxy formation ten billion years ago”, R. Genzel и др., которая публикуется в журнале Nature.

Состав исследовательской группы: R. Genzel (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany; University of California, Berkeley, USA), N.M. Förster Schreiber (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany), H. Übler (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany), P. Lang (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany), T. Naab (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Germany), R. Bender (Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Germany; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany), L.J. Tacconi (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany), E. Wisnioski (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany), S.Wuyts (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany; University of Bath, Bath, UK), T. Alexander (The Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), A. Beifiori (Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Germany; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany), S.Belli (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany), G. Brammer (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA), A.Burkert (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Germany; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany) C.M. Carollo (Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich, Switzerland), J. Chan (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany), R. Davies (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany), M. Fossati (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Germany), A. Galametz (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Germany), S. Genel (Center for Computational Astrophysics, New York, USA), O. Gerhard (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany), D. Lutz (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany), J.T. Mendel (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Germany), I. Momcheva (Yale University, New Haven, USA), E.J. Nelson (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany; Yale University, New Haven, USA), A. Renzini (Vicolo dell'Osservatorio 5, Padova, Italy), R.Saglia (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Germany), A. Sternberg (Tel Aviv University, Tel Aviv, Israel), S. Tacchella (Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich, Switzerland), K.Tadaki (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany) и D. Wilman (Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Germany; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany)

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) -- ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы и самая продуктивная в мире астрономическая обсерватория. В ее работе участвуют 16 стран: Австрия, Бельгия, Бразилия, Великобритания, Германия, Дания, Испания, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария и Швеция, а также Чили, предоставившая свою территорию для размещения обсерваторий ESO. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономических исследований. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь, самой передовой в мире астрономической обсерватории для наблюдений в видимой области спектра, установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT) и два широкоугольных телескопа с большим полем зрения: крупнейший в мире телескоп для выполнения обзоров неба в инфракрасных лучах VISTA и Обзорный Телескоп VLT (VLT Survey Telescope) -- крупнейший инструмент, предназначенный для обзоров неба в видимом свете. ESO является европейским партнером крупнейшего астрономического проекта современности – системы радиотелескопов миллиметрового и субмиллиметрового диапазона ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, ESO ведет строительство E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope) – 39-метрового Европейского Чрезвычайно Большого Телескопа для оптического и ближнего ИК диапазонов, который станет «величайшим оком человечества, устремленным в небо».

Ссылки

 

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Россия
Телефон: 89118230911
Сотовый: 89118230911
Email: kirill.maslennikov1@gmail.com

Reinhard Genzel
Director, Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 30000 3280
Email: genzel@mpe.mpg.de

Natascha M. Forster Schreiber
Senior Scientist, Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 30000 3524
Email: forster@mpe.mpg.de

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 3200 6655
Сотовый: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org

Connect with ESO on social media

Перевод пресс-релиза ESO eso1709.

О релизе

Релиз №:eso1709ru
Название:Galaxies
Тип:Early Universe : Galaxy : Type : Spiral
Facility:Very Large Telescope
Science data:2017Natur.543..397G
2017ApJ...842..121U
2017ApJ...840...92L
2016ApJ...831..149W

Изображения

Сравнение вращающихся дисков галактик в дальней и ближней Вселенной
Сравнение вращающихся дисков галактик в дальней и ближней Вселенной
Кривые вращения галактик
Кривые вращения галактик

Видео

ESOcast 100 Light: Dark Matter Less Influential in Early Universe (4K UHD)
ESOcast 100 Light: Dark Matter Less Influential in Early Universe (4K UHD)
только на английском
Сравнение вращающихся дисков галактик в дальней и ближней Вселенной
Сравнение вращающихся дисков галактик в дальней и ближней Вселенной
Сравнение вращающихся дисков галактик в дальней и ближней Вселенной
Сравнение вращающихся дисков галактик в дальней и ближней Вселенной

Также смотрите наши