Galaxie z 99.99 % niceho

Titulek, ktery obletl svet

Srpen 2016. Pieter van Dokkum z Yale publikuje v Astrophysical Journal Letters clanek s nazvem, ktery garantuje citace: galaxie slozena z 99.99 % temne hmoty. Dragonfly 44, ultra-diffuzni stvoreni v kupove hvezdokupe Coma, ma pry hmotnost Mlecne drahy — 10^12 slunecnich hmotnosti — ale sviti jako jedno procento nasi galaxie. Zbytek je neviditelny. Scientific American, Nature, Keck Observatory — vsichni to prebiraji. Temna hmota konecne potvrzena v nejcistsi forme.

Dukazy? Velocitni disperze sigma = 47 km/s (Keck/DEIMOS, 33.5 hodin integrace) a ~94 kulovych hvezdokup (Gemini). Z toho van Dokkum odvodil dynamickou hmotnost 0.7 × 10^10 M_sun uvnitr polovicniho polomeru. Pomer hmotnosti k jasnosti: M/L = 48. Extrapolace na cele halo: 10^12 M_sun. Zaver: 'failed Milky Way' — galaxie se stejnym halem jako nase, ale ktera ztratila plyn driv, nez stihla vytvorit hvezdy.

Rozpadani se zacina

2017: HST snimky snizuji pocet kulovych hvezdokup na 74 ± 18. Uz ne 94. Prvni prasklina.

2019: Van Dokkum sam reviduje. Novy pristroj KCWI na Kecku da presnejsi data. Velocitni disperze pada na 33 ± 3 km/s — o 30 % mene nez puvodni odhad. Hmotnost hala klesa na 10^11.2 M_sun. To neni Mlecna draha. To je sestina Mlecne drahy. 'Failed Milky Way' uz nedava smysl.

2020: Bogdan nasmeruje Chandru a XMM-Newton na Dragonfly 44. Vysledek: nic. Galaxie je v rentgenu neviditelna. Horni limit: M_vir < 10^11 M_sun. Cituji: 'Dragonfly 44 is not a dark Milky Way.' Nezavisle potvrzeni, ze puvodni odhad byl nafouknaty.

2021: Saifollahi, Trujillo a kol. prepocitavaji kulove hvezdokupy. Nalezaji ~20. Ne 94. Ne 74. Dvacet. Pomer 'temneho' k baryon se hriti z 10,000:1 na ~300:1. Saifollahi shrnuje: 'Dragonfly 44 is not extraordinary.'

Cisla nelzou

Puvodni clanek mel 33.5 hodin integrace. Solidni. Ale sigma = 47 km/s mela chybu +8/-6 — to je 17% nejistota. Na tom se postavilo 10^12 M_sun halo a titulek o 99.99 %.

Kdyz KCWI zmeril presneji: sigma = 33 km/s. Hmotnost klesa se ctvercem disperze (M ~ sigma^2), takze pokles o 30 % v sigma znamena pokles o 50 % v hmotnosti. Ale van Dokkum extrapoloval na cele halo pres NFW profil — tam je zavislost jeste strmejsi.

Kulove hvezdokupy: v kosmologii se pouzivaji jako proxy pro celkovou hmotnost (vic hvezdokup = vetsi halo). 94 hvezdokup rikalo: Mlecna draha. 20 hvezdokup rika: obycejny trpaslik.

Rentgen: masivni hala produkuji horky plyn detekovatelny v rentgenu. Chandra nic nevidela. Bud tam halo neni, nebo je radove mensi.

Ironie svrchovaná

Tentyz Pieter van Dokkum, ktery v 2016 ohlasil galaxii z 99.99 % temne hmoty, v 2018 ohlasil dve galaxie UPLNE BEZ temne hmoty: NGC 1052-DF2 a NGC 1052-DF4. Stejny typ objektu — ultra-diffuzni galaxie. Stejna morfologie. Stejny teleskop (Dragonfly Array).

DF44: 99.99 % temneho. DF2: 0 % temneho. Stejny fyzik. Stejna metoda. Tri roky mezi tim.

LCDM musi vysvetlit obe krajnosti. Proc jedna UDG ma 10,000× vic temneho nez baryonu, a druha nema nic? Odpoved: 'bullet-dwarf collision' — srazka dvou trpasliku oddelila plyn od temneho hala (Nature, 2022). Elegantni. Ale porad to znamena, ze model potrebuje ad hoc scenar pro kazdou anomalii zvlast.

A pak je tu MOND: Haghi et al. (2019) ukazali, ze kdyz sigma klesla na 33 km/s, MOND predikce najednou sedi. Stacy McGaugh: 'Data se vyvíjejí směrem k souhlasu s MOND.' Bez jedineho gramu navic.

Hvezdy, ktere nemaji byt tak stare

Webb et al. (2022, MNRAS 516) analyzovali hvezdnou populaci DF44. Vysledky jsou zvlastni i bez otazky hmotnosti hala:

90 % hvezdne hmoty vzniklo pred z ~ 0.9 (pred ~7 miliardami let). Mozna uz pred z ~ 8 (pred ~13 miliardami let). Galaxie je extremne stara.

Metalicita je 2.3 sigma pod kanonickym vztahem hmotnost-metalicita pro trpaslici galaxie. Prilis chuda na kovy i na trpaslika.

Metalicitni gradient je invertovany — stred je chudsi nez okraj. Opak toho, co vidime u normalnich trpaslicich sferoidu.

Cituji nazev clanku: 'Still at odds with conventional galaxy evolution.' Stale v rozporu. Po sedmi letech od objevu.

Co nas Dragonfly 44 uci

Ne o temne hmote. O metode.

Krok 1: Zmer neco s velkou nejistotou (sigma = 47 ± 8 km/s).
Krok 2: Extrapoluj pres model (NFW profil) na celkovou hmotnost.
Krok 3: Vyhlas 99.99 % neceho neviditelneho.
Krok 4: Pockej, az nekdo zmeri presneji.
Krok 5: Cislo klesne o rad.
Krok 6: Nikoho to nezajima, protoze titulek uz obletl svet.

Dragonfly 44 neni pouceni o vesmiru. Je to pouceni o tom, jak nebezpecne je stavet velke zavery na malych chybach. Sigma klesla o 14 km/s a z 'nejtmavsi galaxie vesmir' se stal 'nepozoruhodny trpaslik.' Jeden parametr. Jeden pristroj. Pet let.

Mezitim galaxie porad existuje. Porad drzi pohromadě. Porad sviti na jedno procento Mlecne drahy. A gravitacni pole, ktere ji drzi — to tam bylo predtim, nez kdokoli spocital kulove hvezdokupy spatne.

Reference

van Dokkum P. et al. (2015a), ApJL, 798, L45 — objav 47 UDG v Coma Clusteru
van Dokkum P. et al. (2015b), ApJL, 804, L26 — spektroskopicke potvrzeni
van Dokkum P. et al. (2016), ApJL, 828, L6 — puvodni claim 99.99 % temne hmoty
van Dokkum P. et al. (2017), ApJL, 844, L11 — HST: 74 ± 18 kulovych hvezdokup
van Dokkum P. et al. (2018), Nature, 555, 629 — NGC 1052-DF2 bez temne hmoty
van Dokkum P., Wasserman A. et al. (2019), ApJ, 880, 91 — revize: sigma = 33 km/s
Haghi H. et al. (2019), A&A — MOND analyza DF44
Bogdan A. (2020), ApJL, 901, L30 — rentgenova nedetekce, M_vir < 10^11
Saifollahi T. et al. (2021), MNRAS, 502, 5921 — jen ~20 kulovych hvezdokup
Webb K. et al. (2022), MNRAS, 516, 3318 — hvezdna populace, invertovany gradient
van Dokkum P. et al. (2022), Nature, 606 — bullet-dwarf collision (DF2/DF4)

Kde se potkavame s konvencni fyzikou

Dragonfly 44 drzela titulek 'nejtmavsi galaxie vesmiru' pet let. Pak sigma klesla o 14 km/s, kulove hvezdokupy z 94 na 20, hmotnost hala o rad. Galaxie porad drzi pohromade. Gravitacni pole tam porad je. Jen ten neviditelny vyplnovy material se nejak vyparil -- z clanku, ne z vesmiru.