Астрономы впервые включили в модели формирования первых галактик данные о поведении и скорости как обычной, так и темной материи. Анализ показал, что взаимодействие этих компонентов изначально замедляет процесс звездообразования, но впоследствии стимулирует интенсивную вспышку звездообразования в ранних карликовых галактиках.
Галактики с массой до миллиарда солнечных масс более чувствительны к гравитационному воздействию как обычной, так и темной материи. Материю, не взаимодействующую с электромагнитным излучением, но проявляющую себя через гравитационное влияние на движение галактик, называют темной.
В рамках общепринятой космологической модели, галактики эпохи «космического рассвета» возникли из начальных колебаний в плотности барионной, или обычной, материи. Ключевым моментом является то, что на эти неоднородности в плотности оказывали более сильное воздействие флуктуации плотности темной материи. Таким образом, более глубокое понимание процессов формирования первых карликовых галактик из барионной материи позволит лучше понять природу темной материи.
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» способен улавливать эти крошечные, ранние галактики, однако для того чтобы понимать, что именно искать и интерпретировать полученные данные, ученые разрабатывают сложные компьютерные модели. В ходе недавнего исследования астрофизики из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) впервые учли взаимодействие газа и темной материи при создании таких моделей.
Темная материя воздействовала на галактики не только посредством изменений в «обычной» материи, но и непосредственно. Наблюдения за движением галактик указывают на то, что они все окружены гало, состоящим из темной материи. По мнению ученых, современные представления сводятся к тому, что большинство частиц темной материи обладают крайне низкой скоростью.
Согласно расчетам, как обычная, так и темная материя обладали значительной скоростью в молодой Вселенной. В результате, потоки «обычного» газа, движущиеся даже на сверхзвуковых скоростях, были отклонены в направлении областей с повышенной плотностью темной материи.
«В ситуациях, когда разница в скоростях потоков незначительна, это действительно происходит. Газ притягивается к темной материей, образуя скопления достаточной плотности, необходимые для начала реакций синтеза, и таким образом формируются звезды, подобные Солнцу, — так объяснила Клэр Уильямс, ведущий автор нового исследования.
Если разница в скоростях была существенной, она могла оказать значительное влияние, что и показали авторы новой работы, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Принимая во внимание значительные различия в скорости и поведении потоков обычной и темной материи, выяснилось, что газ начинает отражаться от медленно движущихся скоплений темной материи. Это приводит к замедлению процесса звездообразования.
Накопившийся газ, благодаря гравитации, возвращается к областям с высокой плотностью, что стимулирует процесс звездообразования. В связи с этим, такие галактики в наблюдаемых данных должны демонстрировать большую светимость, чем предсказывалось ранее.
Обнаружение телескопом «Джеймс Уэбб» скоплений галактик, выделяющихся аномально высокой светимостью, в ранней Вселенной станет подтверждением гипотез астрономов относительно природы темной материи.
«Если темная материя демонстрирует иные свойства, отличные от характеристик обычной холодной темной материи, и эффект потока отсутствует, то обнаружение этих ярких карликовых галактик станет невозможным, и наши гипотезы потребуют пересмотра», — прокомментировал работу профессор астрономии Смадар Наоз.