Фото предоставлено: Яо-Юань Мао, с изображениями из DESI Legacy Surveys Sky Viewer
На протяжении десятилетий ученые использовали Млечный Путь в качестве модели, чтобы понять, как формируются галактики. Но три новых исследования поднимают вопрос о том, действительно ли Млечный Путь является представителем других галактик во Вселенной.
«Млечный Путь был невероятной физической лабораторией, в том числе для физики формирования галактик и физики темной материи», — сказала Риса Векслер, профессор гуманитарных наук и профессор физики Школы гуманитарных и естественных наук. «Но Млечный Путь — это всего лишь система и может быть нетипичной для формирования других галактик. Вот почему так важно находить похожие галактики и сравнивать их».
Для достижения этой цели Векслер стал соучредителем исследования «Спутники вокруг галактических аналогов» (SAGA), посвященного сравнению галактик с массами, близкими к Млечному Пути.
После более чем десятилетнего изучения Вселенной команда SAGA идентифицировала и изучила 101 аналог Млечного Пути в качестве первого шага в своих текущих исследованиях. Результаты, опубликованные в трех исследованиях в выпуске Astrophysical Journal от 18 ноября, показывают, что эволюционная история Млечного Пути во многом отличается от истории других галактик сопоставимого размера.
«Наши результаты показывают, что мы не можем ограничивать модели формирования галактик только Млечным Путем», — сказал Векслер, который также является профессором физики элементарных частиц и астрофизики в Национальной ускорительной лаборатории SLAC. «Нам нужно посмотреть на полное распределение подобных галактик по всей Вселенной».
Помимо Векслера, проект SAGA возглавляют профессор Марла Геха из Йельского университета и Яо-Юань Мао, бывший аспирант Векслера в Стэнфорде, а сейчас доцент в Университете Юты. Все трое были соавторами недавно опубликованных исследований.
Тайна темной материи
Млечный Путь состоит из обычного атомарного вещества, такого как водород и железо. Но обычная материя составляет лишь около 15% материи во Вселенной. Остальные 85% — это таинственная невидимая темная материя.
«Никто не знает, из чего состоит темная материя», — сказал Векслер. «Она не взаимодействует с обычной материей или светом. Темная материя, вероятно, сейчас течет через вас, а вы даже не подозреваете об этом».
Исследования показывают, что галактики формируются внутри массивных областей темной материи, называемых гало. Гало темной материи может быть невидимым, но его огромный размер создает гравитационную силу, достаточно сильную, чтобы притягивать обычную материю из космоса и превращать ее в звезды и галактики.
Основная цель исследования SAGA — определить, как ореолы темной материи влияют на эволюцию галактик. Первоначально команда SAGA сосредоточилась на галактических спутниках — небольших галактиках, вращающихся вокруг гораздо более крупных родительских галактик, таких как Млечный Путь.
Исследователи идентифицировали четыре самых ярких галактики-спутника Млечного Пути, в том числе две самые большие, известные как Большое и Малое Магеллановы Облака (LMC и SMC). Затем ученые провели тщательный поиск спутников вокруг других галактик с аналогичной массой. Используя телескопические изображения, они в конечном итоге идентифицировали 378 галактик-спутников, окружающих 101 галактику типа Млечного Пути.
«Есть причина, по которой никто никогда раньше этого не пробовал», — сказал Векслер. «Это действительно амбициозный проект. Нам пришлось использовать хитрые методы, чтобы отделить эти 378 вращающихся галактик от тысяч объектов на заднем плане. Это настоящая проблема, как иголка в стоге сена».
Исследование SAGA выявило 101 галактику типа Млечного Пути с небольшими галактиками-спутниками. Эти три примера содержат две, шесть и девять галактик-спутников соответственно. Фото предоставлено: Ясмин Асали (Йельский университет), с изображениями из программы DESI Legacy Surveys Sky Viewer.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте ежедневные или еженедельные новости о прорывах, инновациях и важных результатах исследований.
Новые идеи
В одном из трех новых исследований SAGA исследователи обнаружили, что количество спутников на одну родительскую галактику колеблется от 0 до 13. В этой области расположены четыре наблюдаемых спутника Млечного Пути.
Исследование также показало, что галактики с большими спутниками, похожими по размеру на массивные галактики LMC и SMC Млечного Пути, в целом имеют больше спутников. Однако на самом деле у Млечного Пути меньше спутников, чем у сопоставимых галактик, что делает его странным среди своих аналогов.
Второе исследование было посвящено звездообразованию в галактиках-спутниках – важному ориентиру для понимания эволюции галактик. Исследование показало, что меньшие спутники все еще формируют звезды в типичной родительской галактике. Но в Млечном Пути звездообразование происходит только на массивных спутниках LMC и SMC. Все меньшие спутники перестали образовывать звезды.
«Теперь у нас есть загадка», — сказал Векслер. «Что в Млечном Пути привело к остановке звездообразования на этих маленьких спутниках с меньшей массой? Возможно, в отличие от типичной родительской галактики, Млечный Путь имеет уникальную комбинацию старых спутников, которые перестали образовывать звезды, и более новых, активных спутников… «БМО и ММО, которые лишь недавно попали в ореол темной материи Млечного Пути».
Исследование также показало, что звездообразование обычно прекращается в галактиках-спутниках, расположенных ближе к родительской галактике, возможно, из-за гравитационного притяжения гало темной материи внутри и вокруг родительской галактики.
«Для меня все дело в выяснении того, что делает темная материя в масштабах меньших, чем Млечный Путь, например, в меньших ореолах темной материи, которые окружают эти маленькие спутники», — сказал Векслер.
Третье исследование, проведенное аспирантом Стэнфорда Юнчуном «Ричи» Вангом, сравнивает новые данные с компьютерным моделированием и призывает к разработке новой модели формирования галактик, частично основанной на обзоре SAGA.
«SAGA обеспечивает ориентир для улучшения нашего понимания Вселенной посредством детального изучения галактик-спутников в системах за пределами Млечного Пути», — сказал Векслер. «Хотя мы достигли нашей первоначальной цели по нанесению на карту ярких спутников в 101 родительской галактике, предстоит еще много работы».
Информация от: Стэнфордским университетом
