مجرة غير مرئية تقريبًا تتحدى نموذج المادة المظلمة

اكتشف فريق من علماء الفيزياء الفلكية بقيادة ميريا مونتيس، الباحثة في معهد الفيزياء الفلكية في جزر الكناري (IAC)، أكبر المجرة وأكثرها انتشارًا على الإطلاق. يتم نشر الدراسة في المجلة علم الفلك والفيزياء الفلكيةواستخدمت البيانات التي تم التقاطها بواسطة Gran Telescopio Canarias (GTC) والتلسكوب الراديوي Green Bank (GBT).

Nub هي مجرة ​​قزمة غير مرئية تقريبًا اكتشفها فريق بحث دولي بقيادة معهد الفيزياء الفلكية في جزر الكناري (IAC) بالتعاون مع جامعة لا لاغونا (ULL) ومؤسسات أخرى.

الاسم اقترحته ابنة أحد الباحثين في الفريق البالغة من العمر 5 سنوات، ويرجع ذلك إلى انتشار المادة على نطاق واسع. سطوع سطحه خافت جدًا لدرجة أنه مر دون أن يلاحظه أحد في العديد من الدراسات السابقة لهذا الجزء من السماء كنوع من الأشباح. ولأن نجومها منتشرة على نطاق واسع، كانت “النوب” (“السحابة” بالإسبانية) غير قابلة للاكتشاف تقريبًا.

تتمتع هذه المجرة المكتشفة حديثًا بمجموعة محددة من الخصائص التي تميزها عن الأجسام المعروفة سابقًا. ويقدر فريق البحث أن نوبي هي مجرة ​​قزمة أضعف بعشر مرات من غيرها من نوعها، ولكنها أكبر بعشر مرات من الأجسام الأخرى التي تحتوي على عدد مماثل من النجوم. ولإظهار ما يعنيه هذا بالنسبة لأولئك الذين يعرفون القليل من علم الفلك، يبلغ حجم هذه المجرة حوالي ثلث الحجم. درب التبانةولكن هناك كتلة مشابهة لسحابة ماجلان الصغيرة.

صورة لكوكبة Nupe من خلال التلسكوبات المختلفة. الائتمان: SDSS/GTC/IAC

تشرح ميريا مونتيس، المؤلفة الأولى للورقة البحثية والباحثة في IAC وULL: “بمعرفتنا الحالية، نحن لا نفهم كيف تبدو المجرة ذات هذه الخصائص المتطرفة”.

لعدة سنوات، كان إجناسيو تروجيلو، المؤلف الثاني للورقة البحثية، يجري تحليلات بناءً على صور SDSS (مسح سلون الرقمي للسماء)، قطعة معينة من السماء في إطار مشروع Legato del IAC Stripe 82. وفي أحد تصحيحات البيانات، لاحظوا وجود اتصال خافت كان مثيرًا للاهتمام بدرجة كافية لإعداد خطة دراسية.

والخطوة التالية هي استخدام صور متعددة الألوان وعميقة جدًا من Gran Telescopio Canarias (GTC) للتأكد من أن هذا التصحيح في الاستطلاع ليس نوعًا من الأخطاء، ولكنه كائن أكثر انتشارًا. بسبب ضعفه، من الصعب تحديد المسافة الدقيقة لنوبي. باستخدام الملاحظات من تلسكوب جرين بانك (GBT) في الولايات المتحدة، والملاحظات القادمة من التلسكوب الراديوي ذو المصفوفة الكبيرة جدًا (VLA) وتلسكوب ويليام هيرشل البصري، يقدر المؤلفون مسافة الخيط بـ 300 مليون سنة ضوئية. (WHT) من المفترض أن يساعدهم مرصد Roque de los Muchachos، في لا بالما، في إظهار أن هذه المسافة صحيحة. وعلق إغناسيو تروخيو قائلاً: “لو كانت المجرة قريبة، لكانت ستظل جسماً غريباً وستشكل تحديات كبيرة للفيزياء الفلكية”.

هل هناك تحدٍ آخر لنموذج المادة المظلمة الحالي؟

القاعدة العامة هي أن المجرات لديها أعلى كثافة من النجوم في مناطقها الداخلية، وتتناقص هذه الكثافة بسرعة مع زيادة المسافة من المركز. ومع ذلك، يقول مونتيس، في Nube، “كثافة النجوم تختلف قليلاً جدًا عبر الجسم، وهذا هو سبب كونه خافتًا للغاية، ولم نتمكن من مراقبته جيدًا حتى حصلنا على صور عميقة جدًا من GTC”.

كوكبة نوب. هذه الصورة عبارة عن مزيج من الصور الملونة والصور بالأبيض والأسود لالتقاط الخلفية. الائتمان: جي تي سي / ميريا مونتيس

لقد حير نوبي علماء الفلك. المظهر الأساسيويوضح الفريق أنه لا يوجد أي ارتباط أو علامات أخرى لخصائصه الغريبة. عمليات المحاكاة الكونية غير قادرة على إعادة إنتاج خصائصها “الجذرية” حتى بناءً على سيناريوهات مختلفة. يوضح مونتيس: «في النموذج الكوني المقبول حاليًا، لم يعد لدينا تفسير قابل للتطبيق للمادة المظلمة الباردة».

يمكن لنموذج المادة المظلمة الباردة إعادة إنتاج هياكل واسعة النطاق في الكون، ولكن هناك سيناريوهات صغيرة الحجم مثل النوى التي لا يمكنه تقديم إجابة جيدة لها. لقد أظهرنا كيف أن النماذج النظرية المختلفة لا يمكنها إنتاج ذلك، وهي واحدة من الحالات الأكثر تطرفا المعروفة حتى الآن. يقول مونتيس: “مع هذه المجرة والمجرات المماثلة التي قد نجدها، قد نجد أدلة إضافية تفتح نافذة جديدة لفهم الكون”.

يقول إجناسيو تروجيلو: “الاحتمال المثير للاهتمام هو أن الخصائص غير العادية للنوبي تظهر لنا أن الجسيمات التي تشكل المادة المظلمة لها كتلة قليلة جدًا”. إذا كان الأمر كذلك، فإن الخصائص غير العادية لهذه المجرة من شأنها أن تثبت خصائص فيزياء الكم، ولكن على نطاق المجرة. ويختتم قائلاً: “إذا تم تأكيد هذه الفرضية، فسيكون ذلك أجمل إثبات للطبيعة، حيث يوحد العالم الأصغر مع الأكبر”.

ملحوظة: “مجرة شبه مظلمة بكتلة سحابة ماجلان صغيرة” بقلم ميريا مونتيس، إجناسيو تروجيلو، أنانثان كاروناكاران، راؤول إنفانت-سينس، كريستين سبيكنز، جوليا كوليني، مايكل بيسلي، ماريا سيبريان، مافروريو سامبا، نوشكيو سامبا، ماريا مونتيس، لي كلفن وخافيير رومان، 9 يناير 2024، علم الفلك والفيزياء الفلكية.
دوى: 10.1051/0004-6361/202347667