Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng một số thiên hà lùn ngày nay có thể dường như không có vật chất tối mặc dù chúng hình thành như những thiên hà bị vật chất tối chi phối trong quá khứ.
Một nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi các nhà thiên văn học tại Đại học California, Riverside, đã phát hiện ra rằng một số thiên hà lùn ngày nay có thể dường như không có vật chất tối mặc dù chúng được hình thành như những thiên hà bị vật chất tối chi phối trong quá khứ.
Các thiên hà dường như không có hoặc không có vật chất tối – vật chất không phát sáng được cho là cấu thành 85% vật chất trong vũ trụ – làm phức tạp thêm hiểu biết của các nhà thiên văn về nội dung vật chất tối của vũ trụ. Những thiên hà như vậy gần đây đã được tìm thấy trong các quan sát, thách thức một mô hình vũ trụ được các nhà thiên văn học sử dụng có tên là Lambda Cold Dark Matter, hoặc LCDM, nơi tất cả các thiên hà được bao quanh bởi một vầng hào quang vật chất tối lớn và mở rộng.
Các thiên hà không có vật chất tối chưa được hiểu rõ trong cộng đồng thiên văn. Một cách để nghiên cứu cơ chế hình thành có thể có của các thiên hà khó nắm bắt này – ví dụ như các thiên hà DF2 và DF4 siêu khuếch tán – là tìm các vật thể tương tự trong mô phỏng số và nghiên cứu sự tiến hóa thời gian của chúng và các trường hợp dẫn đến mất vật chất tối của chúng.
Jessica Doppel, một sinh viên tốt nghiệp tại Khoa Vật lý và Thiên văn học UC Riverside và là tác giả đầu tiên của bài báo nghiên cứu được xuất bản trong Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) giải thích rằng trong vũ trụ LCDM, tất cả các thiên hà nên bị vật chất tối chi phối.
“Đó là thách thức,” cô nói. “Việc tìm kiếm các chất tương tự trong mô phỏng những gì người quan sát thấy là rất quan trọng và không được đảm bảo. rằng không cần các dạng vật chất tối thay thế. Chúng tôi nhận thấy vật chất tối lạnh hoạt động tốt. “
Đối với nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã sử dụng mô phỏng vũ trụ và thủy động lực học được gọi là Illustris, đưa ra mô hình hình thành thiên hà bao gồm quá trình tiến hóa sao, phản hồi siêu tân tinh, sự phát triển của lỗ đen và sự hợp nhất. Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy một vài “thiên hà lùn” trong các cụm có hàm lượng sao, số lượng cụm sao và khối lượng vật chất tối giống nhau là DF2 và DF4. Đúng như tên gọi của nó, một thiên hà lùn nhỏ, bao gồm vài tỷ ngôi sao. Ngược lại, Dải Ngân hà có hơn 20 thiên hà lùn đã biết quay quanh nó, có 200 đến 400 tỷ ngôi sao. Các cụm hình cầu thường được sử dụng để ước tính hàm lượng vật chất tối của các thiên hà, đặc biệt là các sao lùn.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng mô phỏng Illustris để điều tra nguồn gốc của các thiên hà lùn kỳ quặc như DF2 và DF4. Họ đã tìm thấy các chất tương tự được mô phỏng với các sao lùn không chứa vật chất tối ở dạng các vật thể đã tiến hóa trong các cụm thiên hà trong một thời gian dài và mất hơn 90% vật chất tối của chúng qua quá trình tước thủy triều – tước đi vật chất do thủy triều thiên hà các lực lượng.
Đồng tác giả Laura Sales, phó giáo sư vật lý thiên văn học tại UCR và cố vấn tốt nghiệp của Doppel cho biết: “Thật thú vị, cơ chế tương tự của sự xóa bỏ thủy triều có thể giải thích các đặc tính khác của sao lùn như DF2 và DF4 – ví dụ, thực tế là chúng là các thiên hà ‘siêu khuếch tán’. “Các mô phỏng của chúng tôi đề xuất một giải pháp kết hợp cho cả cấu trúc của những ngôi sao lùn này và hàm lượng vật chất tối thấp của chúng. Có thể, sự mất khối lượng thủy triều cực lớn trong các thiên hà lùn bình thường khác là cách các vật thể siêu khuếch tán được hình thành.”
Cộng tác với các nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý Thiên văn Max Planck ở Đức, nhóm của Sales hiện đang làm việc với các mô phỏng cải tiến có tính năng vật lý chi tiết hơn và độ phân giải số tốt hơn khoảng 16 lần so với mô phỏng Illustris.
Doppel cho biết: “Với những dữ liệu này, chúng tôi có thể mở rộng nghiên cứu của mình tới cả những ngôi sao lùn có khối lượng thấp hơn, có nhiều hơn trong vũ trụ và dự kiến sẽ có nhiều vật chất tối chiếm ưu thế hơn ở trung tâm của chúng, khiến chúng khó giải thích hơn”. “Chúng tôi sẽ tìm hiểu xem liệu sự tước bỏ thủy triều có thể cung cấp con đường làm cạn kiệt hàm lượng vật chất tối bên trong của các sao lùn hay không. Chúng tôi dự định đưa ra dự đoán về nội dung sao, cụm sao và vật chất tối của các sao lùn, sau đó chúng tôi sẽ so sánh với các quan sát trong tương lai.”
Nhóm nghiên cứu đã dành thời gian tại Đài quan sát WM Keck để giúp trả lời một số câu hỏi liên quan đến quan sát các sao lùn trong cụm sao Xử Nữ.
Nghiên cứu được hỗ trợ bởi NASA và Quỹ Khoa học Quốc gia.
Nguồn truyện:
Tài liệu do Đại học California – Riverside cung cấp . Bản gốc do Iqbal Pittalwala viết. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :