В 1970-х астрономы столкнулись с загадкой: скорость вращения внешних областей галактик оказалась слишком высокой для их видимой массы. Звезды и газ на окраинах должны были разлетаться, но что-то невидимое удерживало их. Так родилась гипотеза о темной материи — таинственной субстанции, которая не излучает свет, но обладает массой.
Пионером этих исследований стала американский астроном Вера Рубин. Ученый показала, что галактики окружены гало темной материи, которая влияет на их вращение. С тех пор исследователи предполагали, что темная материя играла ключевую роль в формировании первых галактик. Однако доказать это для объектов, возникших сразу после Большого взрыва, до сих пор не удавалось.
Международная команда астрономов под руководством Циньюэ Фэй (Qinyue Fei) из Пекинского университета (Китай) изучила две галактики, расположенные в 13 миллиардах световых лет от Земли. Эти объекты относятся к эпохе, когда Вселенной едва исполнился миллиард лет. Для анализа ученые использовали данные радиотелескопа ALMA, который зафиксировал излучение ионизированного углерода (C II) в ядрах галактик.
Статья по теме: Кто придумал «Большой взрыв»?
Как и линии водорода, спектральные линии углерода позволили отследить движение газа вокруг активных ядер галактик — квазаров, где находятся сверхмассивные черные дыры. Специальные программы DysmalPy и 3DBarolo помогли построить кривые вращения и определить распределение массы.
Результаты удивили ученых. Согласно моделированию темная материя составляла около 60 процентов массы древних галактик. Это противоречит ранним исследованиям, где на окраинах молодых галактик находили мало следов темной материи.
Статья по теме: Темная материя больше ни при чем. Озвучена новая теория, объясняющая природу гравитации
Новые данные показали плоские кривые вращения — такой же паттерн, как у современных галактик вроде Млечного Пути. Это значит, что темная материя доминировала спустя миллиард лет после Большого взрыва, а сверхмассивные черные дыры в центрах квазаров, вероятно, ускоряли рост галактик благодаря ее гравитации.
«Вера Рубин открыла темную материю, изучая ближайшие галактики. Мы сделали то же, но для объектов, которые существовали в первые дни Вселенной», — объяснил Джон Сильверман (John Silverman), соавтор исследования.
Открытие доказывает, что темная материя не просто сопровождала формирование галактик, а была их основой с самого начала. Это меняет представление о роли сверхмассивных черных дыр и эволюции структур Вселенной. Следующий шаг — масштабные наблюдения с помощью обсерватории Веры Рубин, которая начнет работу в 2025 году.
Результаты исследования опубликованы в The Astrophysical Journal.