Исследователи из Северо-Восточного университета показали, что наша видимая Вселенная и невидимая темная материя, вероятно, эволюционировали вместе после Большого взрыва. Изображение предоставлено: Pixabay/CC0 Public Domain
Физики предложили решение давней загадки, связанной со звездным потоком GD-1, одним из наиболее изученных потоков в галактическом гало Млечного Пути, известным своей длинной, тонкой структурой и необычными особенностями хвостов и промежутков.
Исследовательская группа под руководством Хай-Бо Ю из Калифорнийского университета в Риверсайде предположила, что «субгало» коллапсирующей самодействующей темной материи (SIDM) — меньшее спутниковое гало внутри галактического гало — ответственно за особый шпор и щелевые особенности, наблюдаемые в звездном потоке GD-1.
Результаты исследования опубликованы в The Astrophysical Journal Letters в статье под названием «Возмущающее устройство звездного потока GD-1 как самодействующее гало темной материи с коллапсом ядра». Исследование может иметь важное значение для понимания свойств темной материи во Вселенной.
Звездный поток – это группа звезд, движущихся вместе по общей траектории. Разрыв относится к локализованной недостаточной плотности звезд вдоль потока, а отрог относится к избыточной плотности звезд, простирающихся наружу от основной части потока. Поскольку темная материя контролирует движение звездных потоков, астрономы могут использовать ее для обнаружения невидимой темной материи в галактике.
Галактическое гало Млечного Пути, область примерно сферической формы, окружающая галактику, содержит темную материю и простирается за пределы видимого края галактики.
Астрономы обнаружили, что особенности трека и зазора звездного потока GD-1 нельзя просто объяснить гравитационным влиянием известных шаровых скоплений или галактик-спутников Млечного Пути.
Однако эти особенности можно объяснить неизвестным мешающим объектом, например субгало. Однако плотность объекта должна быть значительно выше, чем предсказывают обычные субгало холодной темной материи (CDM).
«Субгало CDM обычно не имеют плотности, необходимой для создания характерных особенностей, наблюдаемых в потоке GD-1», — объяснил Ю, профессор физики и астрономии.
«Однако наши исследования показывают, что коллапсирующее субгало SIDM может достичь необходимой плотности. Такое компактное субгало было бы достаточно плотным, чтобы оказывать гравитационное влияние, необходимое для объяснения наблюдаемых возмущений в потоке GD-1».
Считается, что 85% материи во Вселенной состоит из темной материи, которую невозможно увидеть напрямую. Его природа недостаточно изучена. CDM, доминирующая теория темной материи, предполагает, что частицы темной материи не имеют столкновений. SIDM, теоретическая форма темной материи, предполагает, что частицы темной материи сами взаимодействуют посредством новой темной силы.
В своем исследовании Ю и его команда использовали численное моделирование, называемое моделированием N-тел, чтобы смоделировать поведение коллапсирующего субгало SIDM.
«Результаты нашей команды дают новое объяснение наблюдаемым особенностям следа и разрыва в GD-1, которые, как долгое время считалось, указывают на близкое столкновение с плотным объектом», — сказал Ю. «В нашем сценарии возмущающим фактором является субгало SIDM, которое возмущает пространственное и скоростное распределение звезд в потоке и создает характерные особенности, которые мы видим в звездном потоке GD-1».
По словам Ю, это открытие также дает представление о природе самой темной материи.
«Эта работа открывает новые многообещающие возможности для изучения самодействующих свойств темной материи через звездные потоки», — сказал он. «Это знаменует собой захватывающий шаг вперед в нашем понимании темной материи и динамики Млечного Пути».
В исследовании Ю поддержали Синъюй Чжан и Данэн Ян из UCR; и Итан О. Надлер из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Информация от: Калифорнийским университетом в Риверсайде.
