Thiên hà khổng lồ không có vật chất tối là một câu đố vũ trụ

Bức tranh của chúng ta về sự tiến hóa vũ trụ có thể bị nghi ngờ khi phát hiện ra một thiên hà khổng lồ dường như thiếu vật chất tối.

Vật chất tối, chiếm khoảng 85% vật chất trong vũ trụ, dường như không có trong thiên hà NGC 1277, một phần của Cụm thiên hà Perseus. Thiên hà, nằm cách Trái đất 240 triệu năm ánh sáng, là tập hợp các ngôi sao, hành tinh, bụi và khí có kích thước bằng Dải Ngân hà đầu tiên được tìm thấy là thiếu vật chất tối.

“Kết quả này không phù hợp với các mô hình vũ trụ được chấp nhận hiện nay, bao gồm cả vật chất tối,” nhà lãnh đạo đằng sau khám phá và nhà nghiên cứu của Đại học La Laguna Sebastién Comerón cho biết trong một bài báo. tuyên bố.

Có liên quan: Vật chất tối là gì?

Vật chất tối thực sự vô hình vì nó không tương tác với ánh sáng như vật chất hàng ngày tạo nên các ngôi sao, hành tinh và chúng ta. Tuy nhiên, sự hiện diện của nó có thể được suy ra bởi các tương tác hấp dẫn của nó. Sự tồn tại của chất bóng mờ này lần đầu tiên được đặt ra khi các nhà thiên văn học quan sát thấy các thiên hà khổng lồ quay nhanh đến mức chúng sẽ bay ra xa nhau nếu không có ảnh hưởng hấp dẫn của một khối lượng vô hình nào đó giữ chúng lại với nhau.

Thực tế này dẫn đến việc các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng tất cả các thiên hà lớn đều được bao bọc trong một lớp vỏ vật chất tối và điều này đã trở thành một giả định quan trọng trong sự phát triển của các lý thuyết về sự tiến hóa của thiên hà. Nhưng việc phát hiện ra một thiên hà dường như không chứa vật chất tối đã thách thức giả định đó.

Kiểm tra một thiên hà di tích chống đối xã hội

Được coi là một di tích của vũ trụ, NGC 1277 khác thường giữa các thiên hà vì nó có ít tương tác với các thiên hà xung quanh khác. Những thiên hà như thế này được coi là tàn tích của những thiên hà khổng lồ tồn tại trong vũ trụ sơ khai. Như vậy, những tàn dư thiên hà này rất cần thiết trong việc giúp các nhà thiên văn học hiểu cách thức các thiên hà đầu tiên hình thành.

Để hỗ trợ cho hướng nghiên cứu này, Comerón và các đồng nghiệp đã quan sát di tích thiên hà NGC 1277 bằng một thiết bị gọi là máy quang phổ trường tích phân. Điều này cho phép họ lập bản đồ chuyển động của thiên hà và xác định khối lượng của nó cũng như cách phân bố khối lượng đó.

Điều này tiết lộ rằng sự phân bố tổng khối lượng của NGC 1277 – bao gồm cả vật chất tối – cũng giống như sự phân bố khối lượng của các thành phần vật chất hàng ngày của nó, nói cách khác, các ngôi sao, bụi, khí và các hành tinh. Điều đó có nghĩa là trong bán kính của thiên hà, không thể có hàm lượng vật chất tối lớn hơn 5%, nhưng những phát hiện phù hợp hơn với sự vắng mặt hoàn toàn của vật chất tối trong NGC 1277.

Điều này thật đáng ngạc nhiên, vì các mô hình tiến hóa vũ trụ được ưa chuộng hiện nay bao gồm cả mô hình chuẩn của vũ trụ học, cho thấy NGC 1277 nên bao gồm từ 10% đến 70% vật chất tối.

“Sự khác biệt giữa các quan sát và những gì chúng ta mong đợi là một câu đố, và thậm chí có thể là một thách thức đối với mô hình tiêu chuẩn”, thành viên nhóm và nhà nghiên cứu của Đại học La Laguna Ignacio Trujillo cho biết.

Vật chất tối của thiên hà di tích đã đi đâu?

Các nhà khoa học đằng sau tiết lộ này có một vài ý tưởng về lý do tại sao NGC 1277 lại thiếu vật chất tối đến vậy.

“Một là tương tác hấp dẫn với môi trường xung quanh trong cụm thiên hà chứa thiên hà này đã loại bỏ vật chất tối,” thành viên nhóm và nhà nghiên cứu của Đại học La Laguna Anna Ferré-Mateu. “Điều khác là vật chất tối đã bị đẩy ra khỏi hệ thống khi thiên hà hình thành do sự hợp nhất của các mảnh tiền thiên hà, tạo ra thiên hà di tích.”

Nhóm nghiên cứu không hoàn toàn hài lòng với một trong hai lời giải thích và do đó, sẽ tiếp tục điều tra NGC 1277 bằng Kính viễn vọng William Herschel (WHT) tại Đài quan sát Roque de los Muchachos trên Đảo Canary của La Palma.

Nếu những cuộc điều tra trong tương lai này xác nhận thiên hà di tích này thiếu dạng vật chất bí ẩn nhất của vũ trụ, thì các nhà khoa học cho rằng điều này sẽ không thách thức hoàn toàn sự tồn tại của vật chất tối. Ngược lại, nhóm nghiên cứu tin rằng nó sẽ thách thức các giải pháp thay thế cho các mô hình vật chất tối, cái gọi là lý thuyết hấp dẫn đã sửa đổi.

Trujillo nói: “Mặc dù vật chất tối trong một thiên hà cụ thể có thể bị mất, nhưng một định luật hấp dẫn được sửa đổi phải là phổ quát; nó không thể có ngoại lệ”. “Vì vậy, một thiên hà không có vật chất tối là sự bác bỏ loại vật chất tối thay thế này.”

Tuy nhiên, Comerón thừa nhận rằng câu trả lời kết luận sẽ phải chờ. Nhà khoa học kết luận: “Làm thế nào mà một thiên hà khổng lồ có thể hình thành mà không có vật chất tối vẫn là một câu đố”.

Nghiên cứu của nhóm được công bố trên tạp chí Thiên văn học và Vật lý thiên văn.