Den mest exakta avståndsmätningen hittills av den ultradiffusa galaxen (UDG) NGC1052-DF2 (DF2) bekräftar bortom allt tvivel att det saknas mörk materia. Det nyligen uppmätta avståndet på 22,1 +/-1,2 megaparsec erhölls av ett internationellt team av forskare ledda av Zili Shen och Pieter van Dokkum från Yale University och Shany Danieli, en NASA Hubble Fellow vid Institutet för avancerade studier.

"Att fastställa ett exakt avstånd till DF2 har varit nyckeln till att stödja våra tidigare resultat, ", sade Danieli. "Den nya mätningen som rapporteras i denna studie har avgörande implikationer för att uppskatta galaxens fysiska egenskaper, vilket bekräftar dess brist på mörk materia."

Resultaten, publiceras i Astrofysiska tidskriftsbrev den 9 juni, 2021, är baserade på 40 banor av NASA:s Hubble Space Telescope, med avbildning av Advanced Camera for Surveys och en "tip of the red giant branch" (TRGB) analys, guldstandarden för sådana förfinade mätningar. Under 2019, teamet publicerade resultat som mäter avståndet till angränsande UDG NGC1052-DF4 (DF4) baserat på 12 Hubble-banor och TRGB-analys, vilket gav övertygande bevis på saknad mörk materia. Denna föredragna metod utvidgar lagets 2018-studier som förlitade sig på "svängningar i ytans ljusstyrka" för att mäta avstånd. Båda galaxerna upptäcktes med Dragonfly Telephoto Array vid New Mexico Skies-observatoriet.

"Vi gick ut med våra första Hubble-observationer av denna galax 2018, " sa van Dokkum. "Jag tror att folk gjorde rätt i att ifrågasätta det eftersom det är ett så ovanligt resultat. Det skulle vara trevligt om det fanns en enkel förklaring, som ett fel avstånd. Men jag tycker att det är roligare och mer intressant om det faktiskt är en konstig galax."

Förutom att bekräfta tidigare avståndsfynd, Hubble-resultaten visade att galaxerna var belägna något längre bort än man tidigare trott, stärker fallet att de innehåller lite eller ingen mörk materia. Om DF2 var närmare jorden, som vissa astronomer hävdar, det skulle vara i sig svagare och mindre massivt, och galaxen skulle behöva mörk materia för att redogöra för de observerade effekterna av den totala massan.

Mörk materia anses allmänt vara en viktig ingrediens i galaxer, men denna studie ger ytterligare bevis för att dess närvaro kanske inte är oundviklig. Även om mörk materia ännu inte har observerats direkt, dess gravitationsinflytande är som ett lim som håller ihop galaxer och styr rörelsen av synlig materia. När det gäller DF2 och DF4, forskare kunde redogöra för stjärnors rörelse baserat på enbart stjärnmassa, vilket tyder på brist eller frånvaro av mörk materia. Ironiskt, upptäckten av galaxer som saknar mörk materia kommer sannolikt att bidra till att avslöja dess förbryllande natur och ge nya insikter om galaktisk evolution.

Medan DF2 och DF4 båda är jämförbara i storlek med Vintergatans galax, deras totala massor är bara ungefär en procent av Vintergatans massa. Dessa ultradiffusa galaxer visade sig också ha en stor population av särskilt lysande klothopar.

Denna forskning har skapat ett stort vetenskapligt intresse, såväl som energisk debatt bland förespråkare för alternativa teorier till mörk materia, såsom modifierad newtonsk dynamik (MOND). Dock, med lagets senaste fynd – inklusive de relativa avstånden mellan de två UDG:erna till NGC1052 – verkar sådana alternativa teorier mindre sannolika. Dessutom, det finns nu liten osäkerhet i lagets avståndsmätningar givet användningen av TRGB-metoden. Baserat på grundläggande fysik, denna metod beror på observation av röda jättestjärnor som avger en blixt efter att ha bränt genom sin heliumförsörjning som alltid sker med samma ljusstyrka.

"Det finns ett talesätt som säger att extraordinära påståenden kräver extraordinära bevis, och den nya avståndsmätningen stöder starkt vår tidigare upptäckt att DF2 saknar mörk materia, " sade Shen. "Nu är det dags att gå bortom distansdebatten och fokusera på hur sådana galaxer kom till."

Går vidare, forskare kommer att fortsätta att jaga efter fler av dessa udda galaxer, samtidigt som man överväger ett antal frågor som:Hur bildas UDG? Vad säger de om vanliga kosmologiska modeller? Hur vanliga är dessa galaxer, och vilka andra unika egenskaper har de? Det kommer att krävas att avslöja många fler galaxer som saknar mörk materia för att lösa dessa mysterier och den ultimata frågan om vad mörk materia egentligen är.