Млечный Путь имеет множество галактик-спутников, в первую очередь Большое и Малое Магеллановы Облака. Они оба видны невооруженным глазом из южного полушария. Теперь астрономы обнаружили еще один спутник, самый маленький и самый тусклый из когда-либо обнаруженных. Это также может быть одна из когда-либо обнаруженных галактик с преобладанием темной материи.
Галактика называется Большой Медведицей III/UNIONS 1 (UMa3/U1), и в ней очень мало звезд. На самом деле, его светимость настолько мала, что он оставался незамеченным до тех пор, пока не появился новый, даже несмотря на то, что находится по соседству.
Об этом открытии говорится в новой статье под названием «Большая Медведица III/UNIONS 1: самая темная галактика из когда-либо обнаруженных?» Статья была опубликована в The Astrophysical Journal, а ее ведущий автор — Саймон Смит. Смит — аспирант астрономии Университета Виктории, Британская Колумбия, Канада.
«UMa3/U1 расположен в созвездии Большой Медведицы, где находится Большой Ковш. Условно говоря, он находится на нашем космическом заднем дворе, примерно в 30 000 световых годах от Солнца», — сказал Смит. «UMa3/U1 до сих пор избегал обнаружения из-за своей чрезвычайно низкой светимости».
В UMa3/U1 всего около 60 звезд, что едва ли можно назвать галактикой. Есть звездные скопления с большим количеством членов. Фактически, по количеству звезд крошечная галактика больше соответствует рассеянному скоплению.
«В UMa3/U1 так мало звезд, что можно было бы резонно задаться вопросом, не является ли это просто случайной группой похожих звезд».
Марла Геха, профессор астрономии и физики Йельского университета
Крошечная галактика содержит звезды возрастом более 10 миллиардов лет и диаметром всего 10 световых лет, что мало для галактики. Ее масса также мала для галактики. Ее масса всего в 16 раз превышает массу Солнца и в 15 раз меньше массы самой слабой предполагаемой карликовой галактики. Это небольшие числа, больше похожие на шаровое скопление, но это все равно может быть галактикой из-за присутствия темной материи.
Хотя звездные объединения, такие как шаровые скопления, более массивны, чем эта карликовая галактика, они не являются галактиками. Астрономы полагают, что в шаровидных телах преобладают процессы барионной (нормальной) материи. Сверхтусклые галактики (UFG), подобные этой, имеют массу на много порядков большую, чем могут объяснить их звезды. «Поэтому в рамках космологии ?CDM (Лямбда-холодная темная материя) считается, что карликовые галактики лежат в центре собственных гало темной материи», — говорится в исследовании. Астрофизики полагают, что всю эту массу составляют ореолы темной материи, чего нет у шаровиков и других звездных скоплений.
Крошечная галактика была впервые обнаружена в рамках Ультрафиолетового ближнего инфракрасного оптического северного обзора (UNIONS) на Канадско-Французском Гавайском телескопе (CFHT) и Панорамного обзорного телескопа и системы быстрого реагирования (Pan-STARRS) на Гавайях. После обнаружения исследователи изучили его более подробно с помощью многообъектного спектрографа Deep Imaging обсерватории Кека (DEIMOS). Эти наблюдения подтвердили, что звезды связаны гравитацией, а это означает, что они должны находиться либо в скоплении, либо в крошечной галактике.
Небольшое количество звезд в галактике заставило бы любого усомниться в том, можно ли ее по праву называть галактикой. Даже у исследователей были сомнения.
«В UMa3/U1 так мало звезд, что можно было бы резонно задаться вопросом, не является ли это просто случайной группой подобных звезд. Кек критически продемонстрировал, что это не так», — говорит соавтор Марла Геха, профессор астрономии и физики Йельского университета. «Наши измерения DEIMOS ясно показывают, что все звезды движутся в космосе с очень одинаковыми скоростями и, похоже, имеют схожий химический состав».
Астрономы изо всех сил пытались понять карликовые галактики и их темную материю. Во-первых, используемая астрономами диагностика, например соотношение звездной массы и металличности, приводит к аргументам, что они больше похожи на звездные скопления, чем на галактики. Кроме того, их наблюдаемые свойства помещают их в среднюю точку между скоплениями и карликовыми галактиками.
Когда дело касается UMa3/U1, существует множество неопределенностей. Каким-то образом это объединение звезд долго сохранялось. При такой низкой звездной массе группировка уже должна была быть разорвана на части, а ее члены растворились в большей популяции Млечного Пути. Тот факт, что они все еще вместе, является интригующим признаком участия темной материи.
«Объект настолько мал, что его долговременное выживание очень удивительно».
Уилл Черни, соавтор, Йельский университет
«Удивительно, что предварительный разброс скоростей среди звезд в системе может поддержать вывод о том, что UMa3/U1 — это галактика с преобладанием темной материи — заманчивая возможность, которую мы надеемся изучить с помощью дополнительных наблюдений Кека», — сказал аспирант Йельского университета Уилл Черни. , второй автор исследования.
«Объект настолько мал, что его долговременное выживание очень удивительно. Можно было бы ожидать, что суровые приливные силы диска Млечного Пути уже разорвали систему на части, не оставив никаких видимых остатков», — говорит Черни. «Тот факт, что система выглядит нетронутой, ведет к двум одинаково интересным возможностям. Либо UMa3/U1 — это крошечная галактика, стабилизированная большим количеством темной материи, либо это звездное скопление, которое мы наблюдали в особый момент перед его неминуемой гибелью».
Если астрофизики смогут подтвердить, что в галактике есть темная материя, это будет иметь большое значение. Это было бы еще одним доказательством в поддержку модели лямбда-холодной темной материи (CDM), ведущей теории темной материи и Большого взрыва. CDM предсказывает, что по мере формирования Млечного Пути его гравитация привлекла большое количество карликовых галактик, гораздо больше, чем обнаружено до сих пор. Если это один из них, а остальные так же сложно обнаружить, как UMa3/U1, значит, он поддерживает CDM.
Но для исследователей, стоящих за этим открытием, это нечто большее, чем просто темная материя. Они нашли что-то необычное, что трудно обнаружить. Их там больше?
«Независимо от того, подтвердят или опровергнут будущие наблюдения тот факт, что эта система содержит большое количество темной материи, мы очень воодушевлены возможностью того, что этот объект может быть верхушкой айсберга – что он может быть первым примером нового класса чрезвычайно слабые звездные системы, которые до сих пор ускользали от обнаружения», — говорит Черни.
Что касается его происхождения, то на самом деле есть только два варианта. Она либо образовалась на месте, либо была аккрецирована Млечным Путем. Астрономы используют металличность и орбиту, чтобы определить происхождение карликовой галактики, но в данном случае ни одно из измерений не показало однозначно, что она сформировалась на месте.
Только дальнейшие наблюдения позволят определить его происхождение, но в нынешнем виде авторы склоняются к аккреции. «Мы поддерживаем сценарий, в котором UMa3/U1 был аккрецирован на гало Млечного Пути», — пишут они в своем заключении. Этот сценарий также поддерживает модель Lambda CDM.
Его судьба также неясна. До сих пор он не разорвался на части, что свидетельствует о наличии темной материи. Но если у него нет темной материи, он может оказаться на грани уничтожения. Нам придется подождать и посмотреть.
На данный момент у объекта неопределенное прошлое и неопределенное будущее. Но как бы это в итоге ни классифицировали, это что-то новое, а это значит, что это вызов.
«Это открытие может бросить вызов нашему пониманию формирования галактик и, возможно, даже определению понятия «галактика», — говорит Смит.
