Фото: Национальный научный фонд.
Сверкающие нити звезд вокруг Млечного Пути могут содержать ответы на один из наших самых больших вопросов о Вселенной: что такое темная материя? Благодаря изображениям, полученным с помощью шести различных цветных фильтров, установленных на самой большой камере, когда-либо созданной для астрономии и астрофизики, предстоящее исследование пространства и времени обсерватории Веры Рубин покажет невиданные ранее звездные потоки вокруг Млечного Пути и их характерные эффекты. их взаимодействия с темной материей.
Завораживающие, как реки, сверкающие в солнечном свете, звездные потоки очерчивают сверкающие дуги через нашу родную галактику — Млечный Путь и вокруг нее. Звездные потоки состоят из звезд, которые изначально были связаны в шаровые скопления или карликовые галактики, но были разрушены гравитационным взаимодействием с нашей галактикой и вытянуты в длинные висячие линии.
Эти тонкие следы звезд часто демонстрируют признаки возмущения, и ученые подозревают, что во многих случаях виновником является темная материя. Обсерватория Веры К. Рубин вскоре предоставит множество данных для освещения звездных потоков, темной материи и их сложных взаимодействий.
Темная материя составляет 27% Вселенной, но ее нельзя наблюдать напрямую, и ученые в настоящее время точно не знают, что это такое. Чтобы узнать больше, они используют множество косвенных методов исследования его природы. Некоторые методы, такие как слабое гравитационное линзирование, позволяют составить карту распределения темной материи во Вселенной в больших масштабах. Наблюдение звездных потоков позволяет ученым исследовать различные аспекты темной материи, поскольку они демонстрируют отпечатки гравитационных эффектов темной материи в небольших масштабах.
Обсерватория Веры К. Рубин, расположенная в Чили, будет использовать 8,4-метровый телескоп, оснащенный самой большой цифровой камерой в мире, для проведения 10-летнего обзора всего неба южного полушария, начиная с конца 2025 года. Полученные данные вместе с изображениями пропущенные через шесть различных цветных фильтров, ученым будет проще, чем когда-либо, изолировать звездные потоки внутри и за пределами Млечного Пути и исследовать их на предмет признаков разрушения темной материи.
«Я очень рада возможности использовать звездные потоки для изучения темной материи», — сказала Нора Шипп, научный сотрудник Университета Карнеги-Меллона и соучредитель Рабочей группы по темной материи в Обсерватории Рубина/Сотрудничестве по изучению темной энергии LSST. «Благодаря обсерватории Рубина мы сможем использовать звездные потоки, чтобы выяснить, как темная материя распределяется в нашей галактике, от самых крупных до очень мелких масштабов».
Обсерватория Рубин начнет научную деятельность в конце 2025 года. Обсерватория Рубин — это программа NSF NOIRLab, которая вместе с Национальной ускорительной лабораторией SLAC будет совместно управлять Рубином.
Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что Млечный Путь окружает сферическое гало темной материи, состоящее из более мелких сгустков темной материи. Эти сгустки взаимодействуют с другими структурами, нарушая их гравитационную динамику и изменяя наблюдаемый внешний вид. В случае звездных потоков результаты взаимодействия темной материи проявляются в виде изломов или пробелов в звездных следах.
Невероятно подробные изображения обсерватории Рубина позволят ученым выявлять и исследовать очень тонкие неоднородности в звездных потоках и, таким образом, делать выводы о свойствах сгустков темной материи малой массы, которые их вызвали, даже сузив круг вопросов, из каких типов частиц эти сгустки состоят. .
«Наблюдая за звездными потоками, мы сможем проводить косвенные измерения сгустков темной материи Млечного Пути до масс, меньших, чем когда-либо прежде, что дает нам действительно хорошие ограничения на свойства частиц темной материи», — сказал Шипп.
Звездные потоки во внешних регионах Млечного Пути являются особенно хорошими кандидатами для наблюдения эффектов темной материи, поскольку на них с меньшей вероятностью влияют взаимодействия с другими частями Млечного Пути, что может запутать картину. Обсерватория Рубина сможет обнаруживать звездные потоки на расстоянии примерно в пять раз дальше, чем мы можем видеть сейчас, что позволит ученым обнаружить и наблюдать совершенно новую популяцию звездных потоков во внешних регионах Млечного Пути.
Звездные потоки сложно отличить от множества других звезд Млечного Пути. Чтобы изолировать звездные потоки, ученые ищут звезды с особыми свойствами, которые указывают на то, что они, вероятно, принадлежали друг другу как шаровые скопления или карликовые галактики. Затем они анализируют движение или другие свойства этих звезд, чтобы идентифицировать те, которые связаны в поток.
«Звездные потоки подобны ниткам жемчуга, чьи звезды прослеживают путь орбиты системы и имеют общую историю», — сказала Жаклин Дженсен, доктор философии. кандидат Университета Виктории, которая планирует использовать данные Рубина/LSST для исследования прародителей звездных потоков и их роли в формировании Млечного Пути.
«Используя свойства этих звезд, мы можем определить информацию об их происхождении и о том, какие взаимодействия мог испытывать поток. Если мы найдем жемчужное ожерелье с несколькими разбросанными поблизости жемчужинами, мы сможем сделать вывод, что что-то могло произойти и сломать поток». нить.»
3200-мегапиксельная LSST-камера обсерватории Рубин оснащена шестью цветными фильтрами, в том числе, в частности, ультрафиолетовым фильтром для ученых, изучающих звездные потоки, таких как Шипп и Дженсен. Ультрафиолетовый фильтр Рубина предоставит важную информацию о сине-ультрафиолетовом конце светового спектра, что позволит ученым различать тонкие различия и распутывать звезды в потоке от похожих звезд Млечного Пути.
В целом, Рубин предоставит ученым тысячи глубоких изображений, полученных через все шесть фильтров, что даст им более четкое представление о звездных потоках, чем когда-либо прежде.
Лавина данных, которые предоставит Рубин, также вдохновит на создание новых инструментов и методов для изоляции звездных потоков. Как отмечает Шипп: «В настоящее время выявление потенциальных потоков на глаз — трудоемкий процесс — большой объем данных Рубина предоставляет прекрасную возможность подумать о новых, более автоматизированных способах идентификации потоков».
Информация от: Национальным научным фондом
