Cirka 13 miljoner ljusår bort i konstellationerna Canes Venatici, det finns ett moln. Den vi fokuserar på är Canes Venatici I, bara en liten del av Virgo Supercluster och bara flytta med universums expansion. I den ser vi en galax som sticker ut från mängden av en mycket god anledning ... den har väldigt lite eller ingen mörk materia. Dens namn? Messier 94.
När den mycket begåvade Pierre Mechain upptäckte denna galax den 22 mars 1781, tog det två dagar innan Charles Messier hade chansen att bekräfta sin observation och katalogisera den som objekt 94. Från Messiers anteckningar: ”` Nebula utan stjärna, ovanför hjärtat av Charles [alpha Canum Venaticorum], på parallellen med stjärnan nr. 8, av sjätte storleken på jakthundarna [Canes Venatici], enligt Flamsteed: I mitten är det lysande och nebulositeten [är] lite diffus. Det liknar nebula som ligger under Lepus, nr 79; men den här är vackrare och ljusare: M. Mechain har upptäckt den den 22 mars 1781. (diam. 2,5 ′) ”.
Medan de flesta observatörer och vissa referensguider hänvisar till M94 som en spärrad spiralgalax (Sb), är det anmärkningsvärda för alla en dubbel ringstruktur - bevis på en galaktisk kärna med låg joniserad kärnemissionslinje (LINER). Den inre kärnan är en starburst ring, där många stjärnor snabbt bildas och genomgår supernovaer med en häpnadsväckande takt. Dessa starbursts kan också åtföljas av bildandet av galaktiska strålar när materien faller in i det centrala svarta hålet och bildar ett resonansmönster. Säger C. Munoz-Tunon: ”Utbuktningen och den inre stången driver skivgasrörelse, vilket orsakar rörelser inåt utanför H II-ringen och utåt precis inuti, och därigenom ackumuleras material för att trigga stjärnbildningen på ringen. I den centrala delen driver baren gasen mot mitten, vilket förklarar den stora mängden gas i kärnan, trots förekomsten av ett fossilt starburst. De speciella rörelser som rapporterats i litteraturen med hänvisning till den joniserade gasen från H II-ringen kan förstås som infalling gas som stöter på chockvågorna genererade av starburst-knutarna på H II-ringen och höjs över galaxskivan. Scenariot med stjärnbildning som sprider sig från kärnan utåt som används för att förklara den uppenbara expanderande rörelsen för HI-ringen stöds inte helt, mot bakgrund av en jämförelse av placeringen av HI-ringen med den för FUV-ringen. FUV-ringen toppar cirka 45–48 ″, vilket kan peka på ett scenerande stjärnbildande scenarie. ”
Men poängen kan diskuteras. Enligt John Kormendys och Robert Kennicutts arbete är det möjligt att det vi ser helt enkelt är en illusion av starburst orsakat av vår betraktningsvinkel. ”Universum är i övergång. Vid tidiga tider dominerades galaktisk evolution av hierarkisk sammanslagning och sammanslagning, processer som är våldsamma och snabba. I den långa framtiden kommer evolutionen mestadels att vara sekulär, långsam omarrangemang av energi och massa som är resultatet av interaktioner som involverar kollektiva fenomen som barer, ovala skivor, spiralstruktur och triaxiala mörka glorier. Båda processerna är viktiga nu. I denna översikt diskuteras den interna sekulära utvecklingen, och koncentrerar sig på en viktig konsekvens, uppbyggnaden av täta centrala komponenter i skivgalaxer som ser ut som klassiska, sammanslagna utbuktningar men som långsamt gjordes av diskgas. Vi kallar dessa pseudobulger. ”
Oavsett vad som orsakade den dubbla ringstrukturen och sjunkande rotationskurvor - är det verkliga svaret fortfarande svårt. Konstigt nog var det det som föreslogs 2008 som gjorde Messier 94 ännu mer mystisk ... bristen på mörk materia.
Så varför ska mörk materia "materia"? Det är lätt. Vi känner till dess gravitationseffekter på synlig substans och därmed kan vi förklara de platta rotationskurvorna i spiralgalaxer, för att inte säga att mörk materia har en central roll i galaxstrukturbildning och galaxutveckling. Vi är skyldiga dessa resultat till Fritz Zwicky som berättade för oss att ett högt massa-till-ljus-förhållande indikerar förekomsten av mörk materia i galaxer - precis som han lärde oss att mörk materia också spelar en roll i galaxkluster. Dr Zwickys tankesätt var radikalt för tiden ... Men finns det fortfarande utrymme för radikalt tänkande? Varför inte?
Enligt Joanna Jalochas, Lukasz Bratek och Marek Kutschera verk står vanliga lysande stjärnor och gas för allt material i M94 - utan utrymme för mörk materia. ”Jämförelsen av massfunktioner och rotationslagar i slutet av föregående avsnitt illustrerar det faktum att modellerna med utplattade massfördelningar är mer effektiva än de vanligt förekommande modellerna förutsätter sfärisk halo. De förstnämnda är bättre när det gäller redovisning av såväl höga rotationshastigheter som för lågskalans struktur av rotationskurvor och med märkbart mindre mängd material än den senare (förhållandet mellan rotation och massfördelning i skivmodellen är mycket känsligt för lutningar av en rotationskurva). Användningen av skivmodellen är motiverad för galaxer med rotationskurvor som bryter med sfäricitetens tillstånd. Detta är nödvändigt (även om det inte är tillräckligt) för en sfärisk massfördelning. Rotation av spiralgalaxen NGC 4736 kan förstås fullständigt inom ramen för den Newtonska fysiken. Vi har hittat en massfördelning i galaxen som överensstämmer perfekt med sin högupplösta rotationskurva, överensstämmer med I-bandets ljusfördelning som ger ett lågt mass-till-ljus-förhållande på 1,2 i detta band med en total massa av 3,43 × 1010M, och är i överensstämmelse med mängden HI som observeras i de avlägsna delarna av galaxen och lämnar inte mycket utrymme (om någon) för mörk materia. Det är anmärkningsvärt att vi har uppnått denna konsistens utan att åberopa hypotesen om en massiv mörk gloria och inte heller använda modifierade gravitationer.
Det finns en klass spiralgalaxer, liknande NGC 4736, som inte domineras av sfärisk massfördelning vid större radier. Det viktigaste är att rotationskurvor ska rekonstrueras korrekt i detta område för att inte överskatta massfördelningen. För en given rotationskurva kan det enkelt bestämmas huruvida en sfärisk halo kan tillåtas vid stora radier genom att undersöka den kepleriska massfunktionen som motsvarar rotationskurvan (det så kallade sfäritetstestet). Genom att använda kompletterande information om massfördelning, oberoende av rotationskurva, övervann vi avbrottproblemet för skivmodellen, att för en given rotationskurva kunde en massfördelning inte hittas unikt eftersom den var beroende av godtycklig extrapolering av rotationskurvan ”.
Mer förklaring? Gå sedan in i MOND - Modifierad Newtonian dynamik där en modifiering av Newtons Second Law of Dynamics (F = ma) används för att förklara galaxrotationsproblemet. Den säger helt enkelt att acceleration inte är linjärt proportionell mot kraft vid låga värden. Men kommer det att fungera här? Vem vet? Säger Jacob Bekenstein: ”Det modifierade Newtonian dynamics (MOND) -paradigmet i Milgrom kan skryta med ett antal framgångsrika förutsägelser angående galaktisk dynamik; dessa görs utan antagandet att mörk materia spelar en viktig roll. MOND kräver gravitation för att avvika från Newtonian teori i den extragalaktiska regimen där dynamiska accelerationer är små. Hittills har relativistiska gravitationsteorier som föreslagits att understödja MOND antingen kolliderat med de post-Newtonianska testerna av allmän relativitet, eller misslyckats med att tillhandahålla betydande gravitationslinser, eller kränkta heliga principer genom att visa superluminala skalarvågor eller ett {a priori} vektorfält. "
Så nästa gång du är ute och tittar på galaxer, titta på "Cat's Eye" Galaxy. Till och med ett litet teleskop kommer att avslöja sin ljusa, kontroversiella kärna och vittiga form. Och tack vare enastående astrofotografer som Roth Ritter har vi fått se mycket mer ...
Vi tackar Roth Ritter från Northern Galactic för att ha delat hans otroliga arbete!
