Астрономы обнаружили доминирование темной материи в галактиках ранней Вселенной
Международная команда исследователей, включая специалистов из Института физики и математики Вселенной Кавли (Kavli IPMU) при Токийском университете, обнаружила, что темная материя играла ключевую роль в галактиках, существовавших около 13 миллиардов лет назад. Результаты исследования, опубликованные в журнале The Astrophysical Journal, проливают новый свет на связь между темной материей и сверхмассивными черными дырами в ранней Вселенной, а также на эволюцию галактик до их современного состояния.
Используя данные, полученные с помощью массива радиотелескопов ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), ученые изучили газовую динамику двух галактик, содержащих квазары, на расстоянии около 13 миллиардов световых лет от Земли. Анализ кривых вращения этих галактик показал, что темная материя составляет около 60% их общей массы.
Темная материя, невидимая и не излучающая свет, была впервые обнаружена астрономом Верой Рубин в 1970-х годах. Она заметила, что внешние области галактик вращаются с большей скоростью, чем можно объяснить только видимой материей (звездами и газом). Это наблюдение привело к выводу, что галактики окружены гало из темной материи, которая и обеспечивает высокие скорости вращения.
Новое исследование подтверждает, что темная материя играла важную роль даже в самых ранних галактиках. Ученые обнаружили, что кривые вращения этих древних галактик остаются плоскими (т.е. скорости вращения не снижаются на окраинах), что характерно для современных массивных галактик с высоким содержанием темной материи. Это контрастирует с данными других исследований, где кривые вращения галактик на меньших расстояниях (красное смещение ~2–3) показывают снижение скорости на окраинах, что указывает на меньшую долю темной материи.
«Вера Рубин впервые доказала существование темной материи, изучая кривые вращения близких галактик. Мы используем тот же метод, но применяем его к галактикам ранней Вселенной», — отметил профессор Джон Силверман, один из авторов исследования.
Результаты работы помогают лучше понять, как темная материя и сверхмассивные черные дыры взаимодействовали в молодой Вселенной, а также как галактики эволюционировали с течением времени. Это важный шаг в изучении формирования и развития крупномасштабных структур Вселенной.
Исследование стало возможным благодаря анализу линии излучения ионизированного углерода (C+), который позволил ученым изучить распределение газа и его движение в галактиках. Синие и красные смещения газа, движущегося к наблюдателям и от них, соответственно, помогли построить кривые вращения и оценить массу темной материи.
Работа международной команды под руководством аспирантки Пекинского университета Циньюэ Фэй и при участии профессора Рана Вана из Института астрономии и астрофизики Кавли при Пекинском университете, а также доктора Сейджи Фудзимото из Техасского университета в Остине, открывает новые горизонты в изучении темной материи и ее роли в формировании галактик.