Рентгенівське світіння газу в галактиці Маркарян 1216 (Mrk 1216) вказало на надзвичайно високу концентрацію темної матерії в центрі даного об'єкта. Результати показують, що у внутрішніх областях цієї галактики (вона вважається аналогом існуючих у ранньому Всесвіті галактик з класу червоних самородків) темної матерії має бути в рази більше, ніж пророкує стандартна теорія. Ці результати можна пояснити, припустивши виключно ранню освіту Mrk 1216 і спокійну еволюцію без взаємодій з іншими галактиками, що дозволяє віднести даний об'єкт до рідкісного типу реліктових галактик, пишуть автори в.
Існує кілька класифікацій галактик, найбільш проста з яких запропонована Едвіном Хабблом в 1926 році. Відтоді її покращували і доповнювали, але загалом вона зберегла загальну структуру, яку також називають «вилка Хаббла» або «камертон Хаббла»: спочатку на одній лінії знаходяться галактики ранніх типів, до яких належать еліптичні і лінзовидні, а потім діаграма поділяється на дві частини. На верхній гілці розташовані спіральні галактики без бару (витягнутої перемички в центрі), а на нижній - з баром. У міру просування по діаграмі ядро стає менш виражено, а кількість спіральних гілок зменшується.
Вважається, що масивні галактики ранніх типів утворилися в два етапи. На ранній фазі на об'єкт випадала значна кількість газу, що призвело до інтенсивного зіроутворення. У цей момент галактика відноситься до типу червоних самородків (red nugget), які виділили в самостійний клас у 2005 році. На наступному етапі, що тривав близько 10 мільярдів років, еволюція в основному визначається взаємодіями з іншими галактиками, що призводить до збільшення розміру зіркового диска без істотного зіроутворення.
Безпосереднє вивчення галактик на першому етапі практично неможливе, оскільки на такій великій відстані не вдається отримати достатньо детальної інформації. Однак пошуки серед відносно близьких галактик дозволили виділити ряд об'єктів, які за багатьма параметрами виявилися аналогічними червоним самородкам. Зокрема, у них екстремально старе зоряне населення (середній вік понад 13 мільярдів років), а залежність поверхневої яскравості від радіусу схожа на далекі галактики, а не на сучасні. Ці властивості дозволяють зробити припущення, що дані об'єкти є реліктовими галактиками, застиглими на першій фазі розвитку.
Для перевірки гіпотези про стародавнє походження близьких аналогів червоних самородків Девід Буот (David Buote) і Аарон Барт (Aaron Barth) з Каліфорнійського університету в Ірвайні вирішили дослідити параметри гало темної матерії у цих галактик. З 16 відомих аналогів найбільш підходящою для детальних спостережень виявилася галактика Mrk 1216. Для збору даних автори використовували космічну рентгенівську обсерваторію «Чандра». Цей телескоп дозволяє визначити концентрацію гарячого газу за інтенсивністю світіння і з нього відновити розподіл маси.
Більшість сучасних вчених схиляються до вірності космологічній CDM-моделі, яка описує компоненти Всесвіту і їх еволюцію в часі. Ця модель припускає, що крім відомої нам баріонної речовини також існує проявляється за допомогою гравітації темна матерія і темна енергія, яка відповідає за поточне прискорене розширення простору. CDM передбачає темп зростання структур з часом, статистичні властивості розподілу галактик і їх параметрів у будь-який момент часу.
Якщо гіпотеза про реліктовість Mrk 1216 вірна, то властивості її гало повинні значно відрізнятися від передбачень ^ CDM для близьких галактик. Зокрема, темна матерія повинна бути розподілена більш компактно. Аналіз результатів спостереження показав, що концентрація частинок всередині області, де щільність перевищує середній по Всесвіту в 200 разів, виявилася в рази вище, ніж пророкує теорія: у стандартному припущенні про розподіл темної матерії згідно з профілем Наварро - Френка - Уайта концентрація виявилася на рівні 30, в той час як ^ CDM пророкує значенням близько 7.
"Великий вік і щільна концентрація зірок у спостережуваних відносно близько компактних еліптичних галактиках на кшталт Mrk 1216 були першими ключовими свідченнями, що вони є нащадками спостережуваних на величезних відстанях червоних самородків, - пояснює Барт. - Ми вважаємо, що компактний розмір вивченого в даному випадку темного гало закриває питання (про їх походження) ".
Як додатковий тест автори також спробували пояснити спостережувані властивості Mrk 1216 у рамках модифікованої ньютонівської динаміки (МОНД) - гіпотезі, висунутої як альтернатива темній матерії. Виявилося, що даний підхід не дозволяє описати галактику без залучення нового компонента речовини, а лише змінюючи гравітаційну взаємодію в разі малих прискорень.
Мотивацію введення темної матерії і вирішувані їй проблеми ми обговорювали в матеріалі «Невидимий цемент Всесвіту». Одну з альтернативних гіпотез докладно для нас в інтерв'ю про «Важкий фотон» розібрав Дмитро Горбунов. Також за останні роки астрономи знайшли щонайменше дві галактики, які на перший погляд здаються позбавленими темної матерії. Однак у недавній роботі вчені стверджують, що такі результати отримані через невірне визначення відстані до них.