Млечный Путь — это спиральная галактика с перемычкой, возможно, даже спиральная галактика грандиозного дизайна. Мы не можем быть уверены с нашей точки зрения. Но одно можно сказать наверняка: подобных дисковых галактик не так уж и много в нашей части Вселенной, называемой сверхгалактической плоскостью.
Мы можем определять местонахождение объектов на Земле, используя точки компаса, широту и долготу. Но в космосе это не работает. Астрономы используют сверхгалактическую систему координат, чтобы описать расположение галактик.
Частью этой системы координат является Сверхгалактическая плоскость (SGP), которая содержит Местную группу галактик, в которой находится Млечный Путь. SGP почти перпендикулярна плоскости Млечного Пути.
Точная природа ПМП — ее размеры, форма и ее связь с другими космологическими структурами — не определена. «Структура SGP плохо описывается однородным эллипсоидом», — написала группа исследователей в своей статье 2000 года в MNRAS, добавив, что «структура меняет форму в зависимости от радиуса, варьируясь от сплющенного блина до гантели».
Но ученые знают, что ПМГ заполнена галактиками. В ПВП преобладают яркие эллиптические галактики, а спирали, подобные Млечному Пути, встречаются редко. Малочисленность спиральных галактик привлекла внимание группы исследователей из Европы. Они использовали суперкомпьютерное моделирование, чтобы попытаться оценить численность и распределение галактик в ПВП.
Результаты опубликованы в журнале Nature Astronomy в статье «Различные распределения эллиптических и дисковых галактик в Местном сверхскоплении как предсказание ?CDM». Ведущий автор — Тилль Савала с факультета физики Хельсинкского университета в Финляндии. Савала ранее был связан с Институтом вычислительной космологии Даремского университета в Великобритании.
«Галактики разных типов неравномерно распределены в Местной Вселенной», — пишут исследователи в своей статье. «Сверхгалактическая плоскость выделяется среди самых ярких эллиптических галактик, но незаметна среди самых ярких дисковых галактик». Это поразительное различие создает основу для их исследования, целью которого является проверка нашего понимания того, как формируются и развиваются галактики, и соответствует ли их формирование и эволюция модели Lambda CDM.
Исследователи использовали SIBELIUS, что означает «Моделирование за пределами локальной вселенной», чтобы исследовать природу ПВП. По их словам, этими наблюдениями они намерены «противопоставить предсказаниям стандартной лямбда-модели холодной темной материи (?CDM) и стандартной теории формирования галактик».
Целью SIBELIUS является соединение Местной Группы с ее космической средой.
Одна из сильных сторон SIBELIUS заключается в том, что он может показать, как небольшие возмущения могут изменить более масштабные результаты. Предыдущие симуляции SIBELIUS показали, что наличие Большого Магелланова Облака влияет на то, как Млечный Путь и Андромеда (M31) вращаются вокруг друг друга как пара двойной галактики.
Но это всего лишь поясняющий фон для нового исследования.
SIBELIUS может моделировать Вселенную с момента ее рождения более 13 миллиардов лет назад и до настоящего времени. В ходе текущего моделирования Савала и его коллеги обнаружили, что распределение эллиптических и спиралевидных тел обусловлено разными условиями внутри и снаружи ПВП. Внутри галактики более плотно упакованы вместе, а за пределами ПМГ плотность галактик ниже.
Внутри ПВП галактики чаще взаимодействуют и сливаются друг с другом. Эти взаимодействия превращают красивые спирали, подобные Млечному Пути, в эллиптические, которые по сути представляют собой эллипсы или сферы без видимых рукавов.
Но за пределами ПМГ галактики взаимодействуют реже. Так что Млечный Путь и ему подобные способны сохранять свою форму.
«Мы обнаружили, что SIBELIUS DARK воспроизводит пространственное распределение дисков и эллиптических тел и, в частности, наблюдаемый избыток массивных эллиптических тел вблизи супергалактического экватора», — пишут исследователи.
Результаты SIBELIUS соответствуют наблюдениям, что помогает подтвердить его полезность. «Эта разница в массах согласуется с наблюдательными исследованиями галактик в Местной Вселенной, которые также показывают, что самые массивные галактики в подавляющем большинстве имеют эллиптическую форму», — пишут Савала и его коллеги в своей статье.
Чтобы вырасти большими, дисковым галактикам, таким как Млечный Путь, необходим запас газа и минимальное взаимодействие с другими галактиками. Эта среда находится за пределами SGP. «Мы делаем вывод, что окружающая среда, преобладающая в сверхгалактической плоскости, препятствует условиям, необходимым для формирования массивного диска: спокойная история слияний и непрерывная подача холодного газа», — поясняют авторы.
Так что же эти результаты говорят нам о модели лямбда-холодной темной материи (CDM)? Эта модель является текущей стандартной моделью космологии. В нем говорится, что 27% Вселенной составляет темная материя, 68% — темная энергия и только 5% — барионная материя, или обычная материя, из которой состоят звезды, планеты и даже мы. Холод относится к тому факту, что темная материя движется гораздо медленнее, чем скорость света. Темный относится к тому факту, что он почти не взаимодействует с обычной материей или электромагнитной энергией.
По словам Савалы и его соавторов, эти результаты помогают подтвердить модель Lambda CDM. Это потому, что SIBELIUS основан на нашем понимании Вселенной, включая CDM. Так что, если он воспроизводит то, что мы видим, это помогает подтвердить CDM.
«Поразительно разные распределения ярких эллиптических тел и дисков по отношению к плоскости супергалактики не требуют физики, выходящей за рамки стандартной модели», — пишут они. Вместо этого распределения относительно SGP «естественно возникают в рамках Lambda CDM». Распределение является частью стандартной модели формирования и эволюции галактик.
Для нас не имеет большого значения, живем ли мы в спиральной/дисковой галактике или в эллиптической. Но изучение того, как наш тип галактики вписывается в природу, заслуживает изучения. Эти результаты усиливают и без того мощные аргументы в пользу модели Lambda CDM.
Теперь, если бы мы только могли выяснить, что же такое темная материя на самом деле.
