Астрономы часто используют Млечный Путь в качестве стандарта для изучения того, как формируются и развиваются галактики. Поскольку мы находимся внутри него, астрономы могут детально изучить его с помощью современных телескопов. Изучая ее на разных длинах волн, астрономы и астрофизики смогут понять ее звездное население, газовую динамику и другие характеристики гораздо более подробно, чем далекие галактики.
Однако новое исследование, в котором изучается 101 представитель Млечного Пути, показывает, чем он от них отличается.
Один из эффективных способов понять вещи — сравнивать и противопоставлять их другим в своем классе — метод, который мы изучаем в школе. Опросы являются эффективным инструментом для сравнения и сопоставления вещей, а астрономические исследования предоставили огромное количество фундаментальных данных для этих усилий. Яркими примерами являются Слоановский цифровой обзор неба (SDSS), двухмикронный обзор всего неба (2MASS) и миссия ЕКА «Гайя».
Обзор «Спутники вокруг галактических аналогов» (SAGA) — еще один, и его третий выпуск данных представлен в трех новых исследованиях. Все исследования основаны на 101 галактике, схожей по массе с Млечным Путем, и каждое исследование затрагивает разные аспекты сравнения этих галактик с нашей.
Исследования показывают, что галактики формируются внутри гигантских ореолов темной материи, неуловимого вещества, которое не взаимодействует со светом. 85% материи Вселенной — это загадочная темная материя, и только 15% — нормальная или барионная материя, из которой состоят планеты, звезды и галактики. Хотя мы не можем видеть эти массивные ореолы, астрономы могут наблюдать их эффекты. Их гравитация стягивает нормали вместе, образуя галактики и звезды.
SAGA нацелена на понимание того, как работают ореолы темной материи. Он исследует маломассивные галактики-спутники вокруг галактик, близких по массе к Млечному Пути. Эти спутники можно захватить и втянуть в ореолы темной материи более крупных галактик. SAGA обнаружила несколько сотен таких галактик-спутников, вращающихся вокруг 101 галактики массы Млечного Пути.
«Млечный Путь был потрясающей физической лабораторией, в том числе для физики формирования галактик и физики темной материи», — сказала Риса Векслер, профессор гуманитарных и естественных наук и профессор физики Школы гуманитарных и естественных наук. Векслер также является соучредителем исследования SAGA. «Но Млечный Путь — это всего лишь одна система, и она может быть нетипичной для формирования других галактик. Вот почему так важно найти похожие галактики и сравнить их».
Сравнение Млечного Пути со 101 другим объектом выявило некоторые существенные различия.
«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. «Мы должны посмотреть на полное распределение подобных галактик по Вселенной».
Третий выпуск данных исследования SAGA Survey включает 378 спутников, обнаруженных в системах мощностью 101 МВт, а первый документ посвящен спутникам. Только кропотливый поиск смог их обнаружить. Четыре из них принадлежат Млечному Пути, в том числе всем известные Большое и Малое Магеллановы Облака.
«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».
SAGA обнаружила, что количество спутников на галактику колеблется от нуля до 13. Согласно первой статье, масса самого массивного спутника является сильным предиктором количества спутников. «Одна треть систем SAGA содержит спутники массы LMC, и у них, как правило, больше спутников, чем у MW», — говорится в документе. Млечный Путь в этом отношении является исключением, и это одна из причин его нетипичности.
Второе исследование посвящено звездообразованию на спутниках. Скорость звездообразования (SFR) является важным показателем в понимании эволюции галактик. Исследование показывает, что звездообразование все еще активно в галактиках-спутниках, но чем ближе они к хозяину, тем медленнее их SFR. Возможно ли, что большее притяжение гало темной материи вблизи галактики подавляет звездообразование?
«Наши результаты показывают, что спутники с меньшей массой и спутники внутри 100 кпк более эффективно гасятся в среде, подобной Млечному Пути, причем эти процессы происходят достаточно медленно, чтобы сохранить популяцию звездообразующих спутников при всех звездных массах и прогнозируемых радиусах», во второй статье говорится.
Однако среди спутников Млечного Пути только Магеллановы Облака все еще формируют звезды, причем роль играет радиальное расстояние. «Теперь у нас есть загадка», — сказал Векслер. «Что в Млечном Пути заставило эти маленькие спутники с меньшей массой прекратить звездообразование? Возможно, в отличие от типичной родительской галактики, Млечный Путь имеет уникальную комбинацию старых спутников, которые прекратили звездообразование, и более новых, активных — БМО и ММО — которые лишь недавно попали в ореол темной материи Млечного Пути».
Это еще одна причина нетипичности нашей галактики.
А как насчет меньших гало темной материи вокруг галактик-спутников? Какую роль они играют?
«Для меня передовой задачей является выяснение того, что делает темная материя в масштабах меньших, чем Млечный Путь, например, с меньшими ореолами темной материи, окружающими эти маленькие спутники», — сказал Векслер.
В третьей статье третий выпуск данных SAGA сравнивается с компьютерным моделированием. Авторы разработали новую модель тушения в галактиках с энергией меньше или равной 109 солнечные массы. Их модель ограничена данными SAGA по 101 галактике, а затем исследователи сравнили ее с изолированными галактиками поля из Слоановского цифрового обзора неба.
Модель успешно воспроизвела функцию звездных масс спутников, их средние значения SFR и закаленные фракции в спутниках. Он также поддерживал SFR в более изолированных галактиках-спутниках и наблюдал усиление тушения на более близких спутниках.
Модель нуждается в дополнительной проверке наблюдениями, и авторы отмечают, что спектроскопические исследования являются следующим логическим шагом. Мы надеемся, что эти исследования смогут ответить на вопросы о роли внутренней обратной связи в спутниках с меньшей массой, об их массе и аккреции газа и влиянии на них темной материи, а также о газовых процессах, характерных для спутников.
«SAGA обеспечивает отправную точку для продвижения нашего понимания Вселенной посредством детального изучения галактик-спутников в системах за пределами Млечного Пути», — сказал Векслер. «Хотя мы выполнили нашу первоначальную цель по нанесению на карту ярких спутников в 101 родительской галактике, впереди еще много работы».
