Το 2018, οι Shany Danieli και Pieter van Dokkum, του Πανεπιστημίου του Princeton και του Πανεπιστημίου Yale, παρατήρησαν για πρώτη φορά δύο γαλαξίες που δεν περιέχουν σκοτεινή ύλη. Η ανακάλυψη αυτή δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature την ίδια χρονιά. Αναμφίβολα ήταν μια εντυπωσιακή ανακάλυψη, η οποία δημιούργησε μεγάλες συζητήσεις γύρω από τα μοντέλα σχηματισμού των γαλαξιών. Εξάλλου, τα τελευταία 40 χρόνια οι ερευνητές ήταν πεπεισμένοι πως όλοι οι γαλαξίες απαρτίζονται από σκοτεινή ύλη. Επίσης, θεωρούσαν πως οι γαλαξίες μικρής μάζας έχουν πολύ μεγαλύτερο ποσοστό σκοτεινής ύλης από τους γίγαντες γαλαξίες. Έτσι, ακολούθησαν νέες μελέτες οι οποίες εν τέλει θα έδιναν απαντήσεις στο μυστήριο σχηματισμού γαλαξιών που περιέχουν ελάχιστη έως καθόλου σκοτεινή ύλη.
Φωτογραφία: Hubble Space Telescope
Στη μελέτη του 2018, οι ερευνητές αρχικά εντόπισαν τον γαλαξία NGC 1052-DF2, γνωστό και ως DF2. Αργότερα, σε σχετικά κοντινή απόσταση από τον DF2, εντόπισαν έναν παρόμοιο γαλαξία τον NGC 1052-DF4, γνωστό και ως DF4. Οι εν λόγω υπερ-διάχυτοι γαλαξίες βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τον υπερμεγέθη γαλαξία NGC 1052. Προς έκπληξη των ερευνητών, τα δεδομένα έδειξαν ότι οι δύο αυτοί γαλαξίες δεν περιέχουν ίχνη σκοτεινής ύλης. Η απουσία σκοτεινής ύλης από έναν γαλαξία γίνεται αντιληπτή άμεσα από τις παρατηρήσεις, καθώς τα εξωτερικά τμήματα του γαλαξία φαίνεται να κινούνται με σχετικά μικρότερη ταχύτητα από ό,τι τα εσωτερικά τμήματα. Αντίθετα, σε έναν γαλαξία που περιέχει σκοτεινή ύλη, η ταχύτητα των εξωτερικών τμημάτων του δεν μειώνεται σημαντικά σε σχέση με τα εσωτερικά.
Εικόνα: J. Moreno et al., UC Irvine
Με την πάροδο του χρόνου οι ερευνητές ανακάλυπταν όλο και περισσότερους γαλαξίες χωρίς σκοτεινή ύλη, με την πιο πρόσφατη ανακάλυψη να είναι αυτή του γαλαξία AGC 114905, το 2021. Ακόμη και σήμερα δεν έχει εξηγηθεί πλήρως η έλλειψη σκοτεινής ύλης σε αυτόν τον γαλαξία.
Στις 14 Φεβρουαρίου 2022, μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Jorge Moreno, καθηγητή αστρονομίας στο Κολλέγιο Pomona της Καλιφόρνια, δημοσίευσε μια νέα μελέτη στο επιστημονικό περιοδικό Nature Astronomy. Στα πλαίσια της μελέτης, η ερευνητική ομάδα κατάφερε να προσομοιώσει την εξέλιξη μιας σχετικά μικρής περιοχής του σύμπαντος, πλάτους 60 εκατομμυρίων ετών φωτός περίπου, από τη στιγμή του Big Bang έως και σήμερα. Οι ερευνητές εντόπισαν στα αποτελέσματά τους επτά γαλαξίες χωρίς σκοτεινή ύλη.
Η επίλυση του μυστηρίου
Σύμφωνα με την προσομοίωση, οι επτά γαλαξίες, ύστερα από πολλαπλές συγκρούσεις με γειτονικούς γαλαξίες μάζας μέχρι και 1.000 φορές μεγαλύτερης από τη δική τους, έχασαν το μεγαλύτερο μέρος της ύλης, τόσο της κανονικής όσο και της σκοτεινής, που περιείχαν. Πιο συγκεκριμένα, το αποτέλεσμα ήταν οι επτά γαλαξίες να “απογυμνωθούν” σχεδόν ολοκληρωτικά. Δηλαδή, τους απέμειναν λίγα άστρα και ελάχιστη έως καθόλου σκοτεινή ύλη.
Εικόνα: J. Moreno et al., Nature Astronomy, 2022
Πώς εξηγείται, όμως, αυτό το αποτέλεσμα; Για να το κατανοήσουμε καλύτερα, πρέπει να σκεφτούμε το εξής: η κανονική ύλη των γαλαξιών συγκεντρώνεται κυρίως στον πυκνό πυρήνα τους, ενώ γίνεται υπερβολικά αραιή όσο πηγαίνουμε προς τα εξωτερικά τους τμήματα και προς την άλω τους. Η σκοτεινή ύλη, από την άλλη μεριά, κατανέμεται πιο ομοιόμορφα.
Έτσι, εάν ένας μικρός γαλαξίας δεχτεί την ισχυρότατη βαρυτική έλξη ενός μεγάλου γαλαξία, ο μικρός γαλαξίας θα αρχίσει να χάνει πρώτα τη σκοτεινή ύλη που έχει στην άλω και στις εξωτερικές περιοχές του, ενώ η κανονική ύλη που βρίσκεται στο κέντρο του θα καταφέρει να αντισταθεί στη σαρωτική έλξη του γιγάντιου γαλαξία. Εξάλλου, η σκοτεινή ύλη μπορεί να περνά ανενόχλητη μέσα από την κανονική ύλη, χωρίς να αναπτύσσονται δυνάμεις τριβής. Κατά συνέπεια, ο μικρός γαλαξίας θα καταλήξει να διατηρήσει αρκετά άστρα, ειδικά στις κεντρικές του περιοχές, ενώ θα έχει χάσει το μεγαλύτερο μέρος της σκοτεινής ύλης, αλλά και των αερίων του.
Μέσω της νέας προσομοίωσης γίνεται σαφές ότι η αλληλεπίδραση μικρών γαλαξιών με μεγάλους γαλαξίες μπορεί πράγματι να οδηγήσει σε απώλεια του μεγαλύτερου μέρους της σκοτεινής ύλης τους, αλλά και ενός μεγάλου μέρους της κανονικής τους ύλης. Αξίζει να σημειωθεί πως η προαναφερθείσα μελέτη δεν αποκάλυψε μόνο τον μηχανισμό μέσω του οποίου δημιουργούνται γαλαξίες μικρής μάζας, αλλά προέβλεψε και την αφθονία αυτών των γαλαξιών μέσα στο σύμπαν και τις αποστάσεις τους από τους μεγάλους γαλαξίες που τους “κανιβαλίζουν”. Μετά από αυτή την πολύ ενδιαφέρουσα δημοσίευση, είναι βέβαιο ότι θα ακολουθήσουν περισσότερες παρατηρήσεις και προσομοιώσεις, οι οποίες θα μας αποκαλύψουν τα μυστικά της σκοτεινής ύλης και του σχηματισμού των γαλαξιών.
