Vänster:Rmax —Vmax distributioner härledda från läsanpassningarna (färgade), tillsammans med de från TNG50-1-Dark-simuleringarna (grå cirklar). De heldragna svarta linjerna visar medianrelationen (Diemer &Joyce 2019), samt 0,3 och 0,6 dex större Rmax ("lägre koncentration") jämfört med medianen. De streckade svarta linjerna anger halomassornas log10 (M200 /M0 =10, 10,5 och 11. IllustrisTNG-gloriorna i den röda rutan väljs för vidare studier i den högra panelen. Höger:halo cirkulär hastighet vid radier 8 kpc (övre panel) och 2 kpc (nedre panel) kontra maximal cirkulär hastighet för de observerade UDGs (symboler färgade enligt förklaringen i panelen till vänster), jämfört med den valda TNG50 -1-Mörka glorier (grå cirklar). Kredit:The Astrophysical Journal (2022). DOI:10.3847/1538-4357/ac8875
En studie ledd av fysiker vid UC Riverside och UC Irvine har funnit att mörk materia-halos i ultradiffusa galaxer är mycket udda, vilket väcker frågor om fysikers förståelse av galaxbildning och universums struktur.
Ultradiffusa galaxer kallas så på grund av deras extremt låga ljusstyrka. Fördelningen av baryoner – gas och stjärnor – är mycket mer spridd i ultradiffusa galaxer jämfört med "normala" galaxer med liknande massor.
I följande frågor och svar delar Hai-Bo Yu, docent i fysik och astronomi vid UCR, sina tankar om de fynd han och UCI:s Manoj Kaplinghat, hans långvariga medarbetare, har publicerat i The Astrophysical Journal om nyupptäckta ultradiffusa galaxer och deras mörka materia-glorier.
Yu och Kaplinghat fick sällskap i forskningen av Demao Kong från Tufts University, och Filippo Fraternali och Pavel E. Mancera Piña från University of Groningen i Nederländerna. Första författare Kong kommer att gå med i UCR i höst.
F. Vad är en mörk materia-gloria?
En gloria av mörk materia är gloria av osynlig materia som genomsyrar och omger en galax eller ett kluster av galaxer. Även om mörk materia aldrig har upptäckts i laboratorier, är fysiker övertygade om att mörk materia, som utgör 85 % av universums materia, existerar.
F. Du har upptäckt att mörk materia-glorier i de ultradiffusa galaxerna är mycket udda. Vad är konstigt med dem och vad jämför du dem med?
De ultradiffusa galaxerna vi studerade är mycket mindre massiva jämfört med, säg, Vintergatan. De innehåller dock mycket gas och de har mycket högre gasmassa än den totala stjärnmassan, vilket är motsatsen till vad vi ser i Vintergatan. De ultradiffusa galaxerna har också stora storlekar.
Fördelningen av mörk materia i dessa galaxer kan härledas från gaspartiklars rörelse. Det som verkligen förvånar oss är att närvaron av baryonisk materia i sig, huvudsakligen i form av gas, nästan är tillräcklig för att förklara gaspartiklarnas uppmätta hastighet och lämnar lite utrymme för mörk materia i de inre områdena, där de flesta stjärnorna och gasen ligger.
Detta är mycket förvånande eftersom det är tvärtom när det gäller normala galaxer, vars massor liknar de ultradiffusa galaxerna:mörk materia dominerar över baryonisk materia. För att tillgodose detta resultat drar vi slutsatsen att dessa mörka materiahalos måste ha mycket lägre "koncentrationer". Det vill säga, de innehåller mycket mindre massa i sina inre regioner, jämfört med normala galaxer. I denna mening är mörk materia-halos i de ultradiffusa galaxerna "udda".
Vid första anblicken skulle man förvänta sig att sådana lågkoncentrationsglorier är så sällsynta att de ultradiffusa galaxerna inte ens skulle existera. Efter att ha tittat på data från toppmoderna numeriska simuleringar av kosmisk strukturbildning fann vi dock att populationen av lågkoncentrationshalos är högre än förväntningarna.
F. Vad var inblandat i att göra studien?
Detta är ett samarbetsarbete. Filippo Fraternali och hans elev Pavel E. Mancera Piña är experter på gasdynamik i galaxer. De upptäckte att de ultradiffusa galaxerna roterar långsammare än normala galaxer med liknande massor. Vi arbetade tillsammans för att tolka mätdata för dessa galaxers gasrörelser och härleda deras fördelning av mörk materia. Dessutom analyserade vi data från simuleringar av kosmisk strukturbildning och identifierade mörk materia-halos som har liknande egenskaper som de som härleds från de ultradiffusa galaxerna.
F. Dina fynd väcker frågor om vår förståelse av galaxbildning/strukturbildning av universum. Hur?
Vi har många frågor angående bildandet och utvecklingen av dessa nyupptäckta galaxer. Till exempel innehåller de ultradiffusa galaxerna mycket gas och vi vet inte hur denna gas hålls kvar under galaxbildningen. Vidare indikerar våra resultat att dessa galaxer kan vara yngre än normala galaxer. Bildandet av de ultradiffusa galaxerna är inte väl förstått, och mer arbete krävs.
F. Vad gör ultradiffusa galaxer så intressanta?
Dessa är fantastiska föremål att studera på grund av deras överraskande egenskaper, som diskuteras i vårt arbete. De nyupptäckta ultradiffusa galaxerna ger ett nytt fönster för att ytterligare testa vår förståelse av galaxbildning, förmodligen till och med mörk materias natur. + Utforska vidare
