Темная материя разгоняет спиральные галактики до головокружительных скоростей
Когда дело доходит до галактик, как быстро они вращаются? Млечный Путь, средняя спиральная галактика, вращается со скоростью 210 км/с в окрестностях нашего Солнца. Новое исследование показало, что самые массивные спиральные галактики вращаются быстрее, чем ожидалось ранее. Эти «суперспирали», самые крупные из которых весят примерно в 20 раз больше, чем наш Млечный Путь, вращаются со скоростью до 570 км/с. Супер спирали исключительны почти во всех отношениях. Помимо того, что они намного массивнее Млечного Пути, они также ярче и крупнее по физическим размерам. Самый большая имеет диаметр 450 000 световых лет по сравнению с диаметром Млечного пути в 100 000 световых лет. На сегодняшний день известно всего около 100 суперспиралей. Суперспирали были обнаружены как важный новый класс галактик при изучении данных со Слоановского цифрового обзора неба (SDSS), а также внегалактической Базы данных NASA/IPAC (NED). «Суперспирали экстремальны по многим параметрам», - говорит Патрик Огл из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд. «Они побивают рекорды по скорости вращения». Огл является первым автором статьи, опубликованной 10 октября 2019 года в Astrophysical Journal Letters. В статье представлены новые данные о скоростях вращения сверхспиралей, полученные с помощью Большого южноафриканского телескопа (SALT), крупнейшего одиночного оптического телескопа в южном полушарии. Дополнительные данные были получены с использованием 5-метрового телескопа Хейла Паломарской обсерватории, используемого Калифорнийским технологическим институтом. Данные миссии Инфракрасного космического телескопа НАСА (WISE) имели решающее значение для измерения масс галактик в звездах и скоростей звездообразования. Ссылаясь на новое исследование, Том Джарретт из Университета Кейптауна, Южная Африка, говорит: «Эта работа прекрасно иллюстрирует мощную синергию между оптическими и инфракрасными наблюдениями галактик, раскрывая звездные движения с помощью спектроскопии SDSS и SALT, и другие звездные свойства - особенно звездная масса или «костяк» галактик - полученные с помощью инфракрасных снимков с WISE». Теория предполагает, что суперспирали вращаются быстро, потому что они расположены в невероятно больших облаках или гало темной материи. Темная материя была связана с вращением галактики на протяжении десятилетий. Астроном Вера Рубин была пионером в работе над скоростью вращения галактик, показав, что спиральные галактики вращаются быстрее, чем если бы их гравитация была обусловлена исключительно звездами и газом. Дополнительное, невидимое вещество, известное как темная материя, должно влиять на вращение галактики. Ожидается, что спиральная галактика данной массы в звездах будет вращаться с определенной скоростью. Команда Огла считает, что супер спирали значительно превышают ожидаемую скорость вращения. Суперспирали также находятся в крупных ореолах темной материи. Самый массивный ореол, который измерял Огл, содержит достаточно темной материи, чтобы весить как минимум в 40 триллионов раз больше нашего Солнца. Это количество темной материи обычно содержит группу галактик, а не одну. «Похоже, что вращение галактики определяется массой гало темной материи», - объясняет Огл. Тот факт, что суперспирали нарушают обычную связь между массой галактики в звездах и скоростью вращения, является новым доказательством против альтернативной теории гравитации, известной как Модифицированная Ньютоновская Динамика или МОНД. МОНД предполагает, что в самых больших масштабах, таких как галактики или скопления галактик, гравитация немного сильнее, чем это было бы предсказано Ньютоном или Эйнштейном. Это может привести к тому, что внешние области спиральной галактики будут вращаться быстрее, чем ожидалось, в зависимости от их массы звезд. МОНД разработан для воспроизведения стандартного соотношения скоростей вращения спирали, поэтому он не может объяснить выбросы, такие как суперспирали. Суперспиральные наблюдения показывают, что неньютоновская динамика не требуется. Несмотря на то, что суперспирали являются самыми массивными спиральными галактиками во вселенной, они на самом деле имеют меньший вес в звездах по сравнению с ожидаемым количеством темной материи, которое они содержат. Это говорит о том, что огромное количество темной материи препятствует образованию звезд. Есть две возможные причины: 1) Любой дополнительный газ, который втягивается в галактику, падает и нагревается, не давая ему остыть и образуя звезды, или 2) Быстрое вращение галактики затрудняет коллапс газовых облаков против влияния центробежной силы. «Это первый раз, когда мы нашли спиральные галактики, которые настолько велики, насколько это возможно», - говорит Огл. Несмотря на это разрушительное влияние, суперспирали все еще способны образовывать звезды. Хотя самые крупные эллиптические галактики сформировали все или большинство своих звезд более 10 миллиардов лет назад, суперспирали до сих пор образуют звезды. Огл и его команда предложили дополнительные наблюдения, чтобы помочь ответить на ключевые вопросы о суперспиралях, включая наблюдения, предназначенные для лучшего изучения движения газа и звезд в их дисках. После запуска в 2021 году космического телескопа НАСА Джеймс Вебб он сможет изучить суперспирали на больших расстояниях и, соответственно, в более молодом возрасте, чтобы узнать, как они развиваются с течением времени. Миссия НАСА WFIRST также поможет помочь найти больше суперспиралей, которые чрезвычайно редки.
