Астрофизики Калифорнийского университета провели исследование, моделирующее формирование малых галактик после Большого взрыва, в котором впервые учли взаимодействия между газом и тёмной материей, которые ранее не учитывались. Исследователи обнаружили, что галактики оказываются куда меньше, но намного ярче, и образуются значительно быстрее, чем предсказывают типичные симуляции, игнорирующие эти взаимодействия.
Карликовые галактики покрывают всю Вселенную и рассматриваются как самый ранний тип галактик. Они представляют особый интерес для учёных, исследующих происхождение Вселенной. Однако многие из них не соответствуют тому, что они ожидали найти. Например, близкие ко Млечному Пути галактики вращаются быстрее или имеют менее плотную структуру, чем предсказывают модели. Это указывает на то, что в моделированиях может не хватать учёта взаимодействия между газом и тёмной материей.
Новое исследование усовершенствовало моделирование, учитывая взаимодействие между тёмной материей и газом, и показало, что эти карликовые галактики, возможно, были намного ярче, чем ожидалось на ранних этапах формирования Вселенной.
Авторы исследования предлагают искать такие яркие малые галактики с помощью телескопа «Джеймс Уэбб». Если будут найдены только слабые галактики, то это может означать, что некоторые представления о тёмной материи придётся пересмотреть.
Тёмная материя, не взаимодействующая с электромагнетизмом или светом, играет важную роль в формировании галактик. Её присутствие можно установить только через гравитационное воздействие на обычную материю. Предполагается, что около 84% материи во Вселенной составляет тёмная материя, но она не была непосредственно обнаружена.
Все галактики окутаны облаками тёмной материи — считается, что она была необходима для их формирования. Стандартная космологическая модель, используемая астрофизиками, объясняет, как сгустки тёмной материи в ранней Вселенной притягивали обычную материю через гравитацию, что привело к образованию звёзд и галактик. Однако большая часть частиц тёмной материи движется гораздо медленнее скорости света, поэтому этот процесс накопления должен был происходить постепенно.
Более 13 миллиардов лет назад, до образования первых галактик, газ протекал быстрее мимо медленно движущейся тёмной материи, которая должна была притянуть его и способствовать формированию галактик.
«В моделях, которые не учитывают потоковое взаимодействие, именно это и происходит. Газ притягивается гравитационно к тёмной материи и образует сгустки, достаточно плотные для синтеза водорода, что в свою очередь приводит к формированию звёзд, подобных нашему Солнцу», — объясняет Клэр Уильямс, главный автор статьи и аспирант Калифорнийского университета.
Однако Клэр Уильямс и её коллеги обнаружили, что газ при учёте потоковых взаимодействий между ним и тёмной материей отходил от неё и не мог сразу составить звёзды. Лишь через миллионы лет газ возвращался в галактики, и тогда процесс звездообразования ускорялся. В результате в этих малых галактиках образовывались больше молодых, горячих и светящихся звёзд, поэтому они сияли гораздо ярче.
Исследование даёт новые научные представления о процессе формирования малых галактик после Большого взрыва и позволяет лучше понять роль тёмной материи в этом процессе. Дальнейшее исследование и поиск таких ярких малых галактик поможет уточнить представления о тёмной материи и её роли в эволюции Вселенной.