شکل ۱: تصویر هابل از کهکشان NGC1052–DF2. کهکشان با درخشندگی سطحی کمش در مرکز تصویر دیده می‌شود. خوشه‌های ستاره‌ای کروی کهکشان با خطوط سفید نشان داده شده‌اند.
مطالعات کهکشانی و کیهان‌شناسی نشان می‌دهند که جرم هاله‌ی ماده‌ی تاریک کهکشان با جرم ستاره‌ای کهکشان (مجموع جرم ستاره‌های کهکشان) وابسته است، به طوری که جرم ماده‌ی تاریک با جرم ستاره‌ای به آرامی تغییر می‌کند. برای کهکشانی با جرم ستاره‌ای مشابه کهکشان راه شیری (حدود ۵ در ۱۰ به توان ۱۰ جرم خورشیدی(۱))، تخمین زده می‌شود که شامل ماده‌ی تاریکی با جرم حداقل ۳۰ برابر جرم ستاره‌ای‌اش باشد. این مینیموم برای کهکشان‌های با جرم ستاره‌ای بیشتر و کمتر از راه‌شیری افزایش میابد. در این مقاله، منجمان کشف کهکشانی را اعلام می‌کنند که بنابر نتایج رصدی یا هیچ ماده‌ای تاریکی ندارد، یا مقدار ماده‌ی تاریکش به اندازه‌ی ماده‌ی ستاره‌ای‌اش است.
کهکشان NGC1052-DF2 با آرایه‌ی تلسکوپی سنجاقک رصد شده است و به علت اندازه‌ی گسترده و درخشندگی سطحی کمش جزو کهکشان‌های به‌شدت‌پخشی(۲) محسوب می‌شود. جالب اینجاست که چندی پیش کهکشان به‌شدت‌پخشی دیگری با این تلسکوپ کشف شده بود که بر خلاف این کهکشان، حاوی ۹۸ درصد ماده‌ی تاریک بود! درباره‌ی آن کشف در این مقاله‌ی اسطرلاب بخوانید.
تصویر هابل از کهکشان پخشی NGC1052-DF2 در شکل ۱ نشان داده شده است. کهکشان شکل عجیبی دارد: کهکشانی با درخشندگی سطحی کم که حدود ۲ دقیقه‌ی قوسی وسعت دارد با تعدادی منابع نقطه‌ای درخشان. فاصله‌ی این کهکشان از ما (حدود ۲۰ مگاپارسک) آن را در گروه کهکشانی NGC1052 قرار می‌دهد. مولفان جرم این کهکشان را بر اساس درخشندگی آن در فیلترهای (رنگهای) گوناگون تخمین زده‌اند که حدود ۲ در ۱۰ به توان ۸ جرم خورشیدی است.
مولفان منابع نوری درخشان را در کهکشان NGC1052-DF2 که در شکل ۱ نشان داده شده‌اند با طیف‌سنج‌های تلسکوپ ۱۰ متری کک رصد کردند. این منابع نوری مانند خوشه‌های ستاره‌ای کروی بسیار درخشان (بسیار درخشان‌تر از خوشه‌های کروی معمولی) هستند. با استفاده از طیف این خوشه‌ها، منجمان می‌توانند سرعت پخشی(۳) این اجرام درون کهکشان را محاسبه کنند. سپس با استفاده از شعاع کهکشان می‌توان طبق قانون بقای انرژی، میزان جرم کلی محصورشده در درون شعاع مورد نظر را ( که باعث ایجاد سرعت پخشی شده است) محاسبه کرد. این جرم محاسبه شده، جرم دینامیکی کهکشان است که شامل جرم ستاره‌ای، جرم گازی، و جرم ماده‌ی تاریک می‌شود. بنابر چنین محاسباتی، مولفان جرم دینامیکی کهکشان NGC1052-DF2 را تا شعاع ۷.۶ کیلوپارسک، حداکثر برابر ۳.۴ در ۱۰ به توان ۸ جرم خورشیدی تخمین زده‌اند.
شکل ۲: نمودار توزیع ماده در کهکشان NGC1052-DF2 بر حسب فاصله از مرکز کهکشان. نمودار نارنجی جرم ستاره‌ای اندازه‌گیری شده برای این کهکشان را نشان می‌دهد. دو فلش سیاه جرم کلی (ستاره‌ها+ماده‌ی تاریک) اندازه‌گیری‌شده در دو شعاع از این کهکشان را نشان می‌دهند. خطوط مشکی و طوسی، به ترتیب مدل‌ها برای جرمهای کلی و جرمهای ماده‌ی تاریک گوناگون هستند. همان‌طور که می‌بینید، فلش‌ها با جرم کلی حدود ۱۰ به توان ۸ جرم خورشیدی سازگار هستند که با توجه به مقدار ماده‌ی ستاره‌ای، جای کمی برای ماده‌ی تاریک می‌گذارد.
در نمودار شکل ۲ توزیع جرم کهکشان بر حسب فاصله از مرکز کهکشان نشان داده شده است. خط نارنجی جرم ستاره‌ای کهکشان را نشان می‌دهد و خطوط مشکی توابع توزیع جرم کلی کهکشان (ستاره‌ای+ماده‌ی تاریک) را نشان می‌دهند. فلش‌های عمودی جرم دینامیکی این کهکشان را در شعاع ۷.۶ کیلوپارسکی (مکان دورترین خوشه‌ی کروی رصد شده در کهکشان) و ۳.۱ کیلوپارسکی (شعاعی که نیمی از خوشه‌های کروی در آن هستند) نشان می‌دهند. همان‌طور که می‌بینید، در تابع جرم کلی‌ای که با فلش‌ها (رصدها) هماهنگ است (تابع سیاه رنگ با جرم ۱۰ به توان ۸ جرم خورشیدی)، جرم ستاره‌ای (تابع نارنجی) غالب است و جای کمی برای اضافه کردن ماده‌ی تاریک وجود دارد. مدل‌های تحول کهکشانی تخمین می‌زنند که کهکشانی با جرم ستاره‌ای مشابه این کهکشان، باید ماده‌ی تاریکی حدود ۴۰۰ برابر آنچه برای این کهکشان تخمین زده شده است داشته باشد. بنابراین کهکشان NGC1052-DF2 با تقریب خوبی، کهکشانی فاقد ماده‌ی تاریک است.
این که این کهکشان چگونه به وجود آمده است مشخص نیست. ممکن است از گازهای بازمانده از ادغام دو کهکشان دیگر شکل گرفته باشد و به همین علت ماده‌ی تاریک ندارد. ممکن است از گازهای کم‌فلز جاروب‌شده در بادهای اختروش‌ها به وجود آمده باشد. یا ممکن است حاصل از گازهایی باشد که به داخل کهکشان اصلی گروه، NGC1052، می‌ریخته‌اند و پیش از رسیدن به NGC1052 تکه‌تکه شده‌اند. آنچه جالب است این است که چه تعداد از این کهکشان‌ها در کیهان وجود دارند، به خصوص که در کهکشان‌های پخشی مشابه این کهکشان در گذشته ماده‌ی تاریک زیادی کشف شده بود (مانند این مقاله). نتایج این رصد نشان از آن دارد که ماده‌ی تاریک جدا از کهکشان‌هاست، که مخالف برخی نظریه‌های شکل‌گیری کهکشان‌هاست که می‌گویند ماده‌ی تاریک باید همیشه وجود داشته باشد.
(۱) جرم خورشیدی واحد اندازه‌گیری جرم اجرام سماوی و برابر جرم خورشید، حدود ۲ در ۱۰ به توان ۳۰ کیلوگرم، است.
(۲) Ultra Diffuse Galaxy – UDG
(۳) velocity dispersion
عنوان اصلی مقاله: A galaxy lacking dark matter
نویسندگان: Pieter van Dokkum, et al.
این مقاله در نشریه‌ی Nature Astronomy چاپ شده است.
لینک مقاله‌ی اصلی: https://arxiv.org/abs/1803.10237v1
گردآوری: آیرین شیوایی
ماده تاریک خیلی جالبه.ماده ای که نه دیده میشه نه حس میشه نه بو یا مزه ای داره اما بسیار کلیدی هست.پژوهشگرانی که در این مورد صاحب نظر هستند با نتایج تحقیقاتشون انسان رو به وجد میارن