«Хаббл» обнаружил CDG-2 — «галактику-призрак», состоящую на 99% из темной материи

Космический телескоп «Хаббл» НАСА обнаружил неуловимый небесный объект, известный как CDG-2, — галактику с низкой поверхностной яркостью, которая остается почти невидимой для традиционных методов наблюдения. Расположенная на расстоянии около 300 миллионов световых лет в скоплении Персея, эта редкая «галактика-призрак» примерно на 99% состоит из темной материи, что бросает вызов существующим моделям того, как рождаются и поддерживаются галактики. В отличие от типичных галактик, которые ярко светятся миллиардами звезд, CDG-2 содержит лишь редкие скопления тусклых звездных популяций, что делает ее одним из объектов с самым высоким содержанием темной материи, когда-либо зафиксированных астрономами.

Что такое CDG-2 и почему она почти невидима?

CDG-2 (Candidate Dark Galaxy-2) — это ультрадиффузная галактика с низкой поверхностной яркостью, которая почти невидима, потому что излучает крайне мало звездного света по сравнению со своими массивными размерами. В то время как типичная галактика определяется своими светящимися звездами, 99% массы CDG-2 составляет темная материя — невидимая субстанция, которая не излучает, не поглощает и не отражает свет, из-за чего галактика выглядит как слабое призрачное свечение на снимках глубокого космоса.

Физические характеристики CDG-2 крайне необычны по сравнению с Млечным Путем или другими яркими спиральными галактиками. Предварительный анализ, проведенный исследователями, показывает, что общая светимость CDG-2 составляет примерно 6 миллионов солнцеподобных звезд — ничтожное количество для галактики такого гравитационного масштаба. Большая часть ее «обычной» барионной материи — в частности, газообразного водорода, необходимого для запуска процесса формирования новых звезд, — вероятно, была вырвана в результате интенсивных гравитационных взаимодействий с другими массивными галактиками внутри скопления Персея. Это «истощение» под воздействием окружающей среды оставило галактику со скелетной звездной популяцией, в которой почти полностью доминирует ее невидимое гало из темной материи.

Что такое шаровые скопления и как они помогают обнаруживать темные галактики?

Шаровые звездные скопления — это плотные, компактные группы древних звезд, связанных гравитацией, которые служат надежными «трассерами» невидимой массы во Вселенной. Поскольку эти скопления плотно упакованы и устойчивы к разрушению приливными силами, их наличие в тесной группе указывает на массивный, невидимый гравитационный якорь — а именно на темную материю, которая удерживает их на месте, несмотря на отсутствие видимых звезд.

Методология, использованная для идентификации CDG-2, представляет собой значительный прорыв в экстрагалактической астрономии. Исследовательская группа под руководством David Li из University of Toronto применила передовые статистические методы для поиска тесных группировок таких скоплений. Используя изображения высокого разрешения с космического телескопа Hubble, обсерватории Euclid Европейского космического агентства (ESA) и телескопа Subaru на Гавайях, астрономы подтвердили наличие коллекции из четырех шаровых скоплений в скоплении Персея. «Это первая галактика, обнаруженная исключительно по популяции ее шаровых скоплений», — заявил Li, отметив, что на долю этих скоплений приходится примерно 16% видимого света галактики.

Могут ли существовать другие темные галактики, которые мы еще не нашли?

Астрофизики полагают, что в космической паутине может скрываться обширная, еще не открытая популяция темных галактик, а CDG-2, вероятно, является лишь «верхушкой айсберга». По мере расширения обзоров неба исследователи все чаще используют машинное обучение и статистическое моделирование для идентификации этих скрытных систем, которые ранее ускользали от обнаружения из-за ограничений чувствительности традиционных телескопов.

Открытие CDG-2 имеет важное значение для нашего понимания формирования галактик и распределения темной материи. Согласно традиционным теориям звездообразования, галактика с такой низкой плотностью звезд должна с трудом сохранять свою структурную целостность. Однако подавляющее присутствие темной материи обеспечивает необходимый гравитационный «клей», предотвращающий разрушение галактики массивными приливными силами скопления Персея. Существование CDG-2 предполагает, что:

• Гало темной материи могут существовать почти без сопровождающей их звездной массы.
• Скопления галактик могут скрывать тысячи «галактик-призраков», которые в настоящее время слишком тусклы, чтобы их можно было увидеть.
• Стандартные модели эволюции галактик, возможно, должны учитывать более разнообразные процессы воздействия окружающей среды.

Вызов основам галактической эволюции

Сохранение структуры CDG-2 в такой высокоплотной среде, как скопление Персея, указывает на то, что наша текущая перепись Вселенной неполна. Если CDG-2 является репрезентативным представителем более широкого класса объектов, это означает, что «недостающее звено» между гало темной материи и видимыми галактиками может встречаться чаще, чем считалось ранее. Это открытие, опубликованное в The Astrophysical Journal Letters, предоставляет новую лабораторию для проверки природы частиц темной материи, так как плотность и распределение материи внутри CDG-2 дают подсказки о том, как эта загадочная субстанция ведет себя на протяжении миллиардов лет.

Перспективы исследований глубокого космоса

В будущем поиск галактик с низкой поверхностной яркостью перейдет в эру высокой точности с развертыванием обсерваторий следующего поколения. В то время как Hubble Space Telescope продолжает предоставлять данные высокого разрешения, необходимые для идентификации шаровых скоплений, будущие миссии, такие как Nancy Grace Roman Space Telescope НАСА и Vera C. Rubin Observatory, будут проводить широкоугольные обзоры, способные обнаружить тысячи кандидатов в темные галактики. Эти миссии позволят ученым картировать распределение темной материи с беспрецедентной точностью, приближая нас к разгадке одной из величайших тайн современной физики.

Космический телескоп «Хаббл», созданный в рамках сотрудничества NASA и ESA, остается на переднем крае этих исследований. Находясь под управлением Goddard Space Flight Center НАСА, при научной поддержке Space Telescope Science Institute (STScI), «Хаббл» на протяжении трех десятилетий своей работы продолжает переопределять границы наблюдаемой Вселенной. Выявляя такие объекты, как CDG-2, «Хаббл» предоставляет эмпирические доказательства, необходимые для преодоления разрыва между теоретической космологией и видимыми звездами, населяющими наше ночное небо.