Смоделированный вид на галактику Андромеды, сделанный римским космическим телескопом. Авторы и права: НАСА, НАСА-GSFC, ASU, Роберт Гендлер DSS.
Хотя темная материя составляет около 27% Вселенной, астрономам не удалось наблюдать ее напрямую.
Теперь, в новом исследовании, международная группа исследователей, включая астрофизиков Северо-Западного университета, обнаружила, что предстоящие изображения с космического телескопа НАСА Нэнси Грейс Роман (запуск которого запланирован на май 2027 года) могут содержать жизненно важные ключи к пониманию неуловимого материала.
В поисках темной материи некоторые астрофизики ранее сосредоточили свое внимание на промежутках в потоках звезд — областях, где структуры настолько тонкие, что можно обнаружить возмущения, создаваемые сгустками темной материи. Но до сих пор астрономы исследовали только эти пробелы в Млечном Пути. Благодаря тому, что римский космический телескоп сделает снимки соседней с нами галактики Андромеды, исследователи значительно расширят свою растущую выборку тонких звездных потоков, что потенциально приведет к получению большего количества информации о конкретных свойствах темной материи.
Исследование было принято к публикации The Astrophysical Journal. Препринт в настоящее время доступен в Интернете. Это знаменует собой первое исследование перспектив поиска пробелов в потоках звезд за пределами нашей галактики Млечный Путь.
«В нашей галактике есть звездные потоки, где мы видим пробелы, которые могут быть связаны с темной материей», — сказал Тжитске Старкенбург из Northwestern, соавтор исследования. «Но эти пробелы могут быть образованы и другими способами. Наше новое исследование доказывает, что мы сможем наблюдать эти пробелы в соседних галактиках, отличных от нашей. Это даст нам более точную статистику об этих пробелах, что в конечном итоге поможет нам». лучше понять возможное существование и свойства сгустков темной материи».
Старкенбург — доцент-исследователь Северо-западного Центра междисциплинарных исследований и исследований в области астрофизики (CIERA). Кристиан Аганзе, научный сотрудник Стэнфордского университета, является ведущим автором исследования.
Темную материю, которая считается частицей, пока нельзя наблюдать напрямую, поскольку она не излучает, не отражает, не преломляет и не поглощает свет. Поскольку никто этого не видит, исследователям приходится искать другие подсказки, чтобы определить, существует ли оно на самом деле.
«Мы видим влияние темной материи на галактики», — сказал Аганзе. «Например, когда мы моделируем, как вращаются галактики, нам нужна дополнительная масса, чтобы объяснить их вращение. Темная материя может обеспечить эту недостающую массу».
Представление художника о потоках шаровых скоплений вокруг галактики Андромеды. Фото: НАСА, Джозеф Олмстед (STScI).
Астрономы особенно надеются, что подсказки могут быть скрыты в вытянутых потоках звезд, свисающих с шаровых скоплений, тесно связанных групп от десятков до миллионов звезд. Исследователи говорят, что сгустки темной материи могут пробиваться сквозь звездные потоки, создавая бреши. Исследуя эти пробелы, астрономы стремятся обнаружить признаки темной материи.
«Причина, по которой эти потоки наиболее интересны для наблюдения за эффектами этих сгустков темной материи, двоякая», — сказал Старкенбург. «Во-первых, эти потоки «живут» в крайних внешних областях галактики, где в остальном очень мало структуры. А во-вторых, эти потоки по своей сути очень тонкие, потому что они образовались из плотных скоплений звезд, а это означает, что вы можете видеть пробелы. или любое беспокойство гораздо легче».
На сегодняшний день существующие космические и наземные телескопы ограничили поиск небольшим количеством потоков шаровых скоплений в пределах Млечного Пути. Но римский космический телескоп, который будет расположен на расстоянии 1 миллиона миль от Земли, впервые позволит астрономам искать в близлежащих галактиках потоки шаровых скоплений.
Широкоугольный инструмент Романа имеет 18 детекторов, которые будут создавать изображения в 200 раз превышающие размеры изображений, получаемых камерой ближнего инфракрасного диапазона космического телескопа Хаббл, и с немного большим разрешением.
В новом исследовании Старкенбург, Аганзе и их коллеги смоделировали потоки звезд, позволили им взаимодействовать со сгустками темной материи, создавая пробелы, а затем провели имитационные наблюдения этих пробелов. В конечном итоге команда пришла к выводу, что эти пробелы должны быть обнаружены на будущих изображениях Римского космического телескопа. По их оценкам, новый телескоп будет эффективно предоставлять эти данные всего за один час наблюдения.
Когда придет время, исследователи также планируют изучить ореол темной материи, окружающий Андромеду. Хотя ореолы темной материи окружают все галактики, включая Млечный Путь, исследователи подозревают, что они могут обнаружить свидетельства существования меньших субгало, как предсказывают современные модели.
«Мы ожидаем, что меньшие субореолы темной материи будут взаимодействовать с потоками шаровых скоплений», — сказал Старкенбург. «Если эти субгало присутствуют в других галактиках, мы предсказываем, что увидим пробелы в потоках шаровых скоплений, которые, вероятно, вызваны этими субгало. Это даст нам новую информацию о темной материи, в том числе о том, какие виды гало темной материи существуют. присутствуют и какова их масса».
Старкенбург уже закладывает основу для исследования темной материи в рамках соответствующего проекта.
«Эта команда планирует смоделировать, как шаровые скопления формируются в звездные потоки, разработав гораздо более подробную теоретическую основу», — сказала она. «Мы продолжим предсказывать происхождение шаровых скоплений, образующих потоки, и сможем ли эти потоки наблюдать с помощью Романа».
Информация от: Северо-Западным университетом
