Галактика LEDA 1313424 розташована на відстані 551 млн св. років від нас. Через свою форму вона має назву «Мішень». Нещодавно науковці змогли пояснити походження концентричних кіл у ній, які схожі на кола від кинутого у воду камінця. Виявилося, що ключову роль у їхньому формуванні відіграла темна матерія.
Таємниця кілець галактики Мішень
У 1941 році астрономи відкрили галактику, яка, здавалося, була оточена світловим кільцем, але не могли пояснити його походження. Вона отримала назву «Колесо Чарівника» й стала першою відомою кільцевою галактикою. Згодом її відкриття проклало шлях до виявлення багатьох інших подібних об’єктів — переважно з одним кільцем, хоча деякі мають два або навіть три..
Щоб пояснити це незвичайне явище, астрономи припустили, що ці кільця з’являються, коли менша галактика безпосередньо вражає центр більшої, створюючи хвилі щільності, що розходяться назовні. Але в 2025 році астрономи під керівництвом Імада Паші з Єльського університету виявили щось ще дивніше: галактику, оточену дев’ятьма концентричними кільцями. Незабаром після цього ця дивовижна структура отримала назву «Мішень».
Після цього відкриття астрономи припустили, що кільця виникли внаслідок особливо енергійного зіткнення з LEDA близько 56 млн років тому. Але коли П’єр Сіківі та Юйсінь Чжао з Університету Флориди досліджували цю інтерпретацію, вони виявили проблему. Якщо теорія правильна, зовнішнє кільце мало б рухатися назовні від центру галактики зі швидкістю 1220 км/с (758 миль на секунду) — що надзвичайно швидко, враховуючи передбачуваний характер зіткнення та відому поведінку галактичного матеріалу.
Вплив темної матерії на формування галактичних кілець
Як альтернативне пояснення, дует пропонує, що кільця галактики Мішень могли виникнути через властивості темної матерії, речовини, яка, як вважають, складає близько 85 % загальної маси Всесвіту і яку досі не можуть безпосередньо виявити дослідники.
Базуючись на спостереженнях гравітаційних рухів у галактиках, астрономи дійшли висновку, що темна матерія накопичується у сферичних гало, які оточують багато зоряних систем. Проте у своїх попередніх дослідженнях Сіківі стверджував, що глибші висновки можна отримати, якщо припустити правильність однієї з провідних теорій щодо природи темної матерії — тієї, що включає гіпотетичні частинки, звані аксіонами, які взаємодіють зі звичайною матерією дуже слабо.
Якщо темна матерія справді існує у такій формі, як припускав Сіківі, вона все одно має підкорятися закону збереження кутового моменту. На його думку, під час взаємодії аксіонів із галактиками у внутрішніх частинах гало темної матерії формуються структури, відомі як каустичні кільця.
«Раніше ми припустили, що дискові галактики мають каустичні кільця темної матерії з характерним закономірним розташуванням радіусів, яке дуже нагадує розподіл кілець, спостережуваний у LEDA 1313424, — пояснює Сіківі. — Ми зіставили спостережувані радіуси цих кілець із теоретичним шаблоном каустичних кілець і дійшли висновку, що кільця в LEDA 1313424 є відбитком структури темної матерії на баріонній речовині галактичного диска».
Квантові стани темної матерії
Ще один елемент теорії стосується квантової природи аксіонів. Коли газ бозонів з низькою густотою охолоджують майже до абсолютного нуля, велика частина може перейти у свій найнижчий квантовий стан — чого неможливо у більш енергетично насиченій системі.
Коли частинки колективно займають один і той самий квантовий стан, їхні ідентичні квантові властивості проявляються на макроскопічному рівні, утворюючи конденсат Бозе-Ейнштейна. За таких умов аксіони могли б взаємодіяти з детектованою баріонною матерією саме так, як це спостерігають астрономи.
Таким чином, можливо, галактики з кільцями, включно з LEDA, не обов’язково є результатом зіткнень, як зазвичай вважають. Замість цього, вони можуть бути проявом конденсації Бозе-Ейнштейна аксіонів темної матерії.
Поки що аксіони залишаються надзвичайно невловними, уникаючи прямого виявлення попри десятиліття пошуків. У результаті теорію Сіківі та Чжао ще не можна підтвердити безпосередньо. Однак, якщо вона виявиться правильною, то може запропонувати переконливе пояснення одному з найдивніших астрономічних спостережень останніх років і водночас дати важливі підказки щодо квантової природи темної матерії.
За матеріалами phys.org
