|
Гравитация имитирует признаки присутствия тёмной материи
|
|
|
|
Большинство звёзд в нашей галактике Млечный Путь расположены в одной плоскости. Но пространство вокруг нашей галактики гораздо более хаотично. Отклоняющиеся от плоскости звёздные потоки, называемые «звёздными шлейфами», вращаются вокруг Млечного Пути подобно тому, как планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг Солнца.
|
|
|
|
Астрономов давно интересует вопрос о том, могут ли звёздные шлейфы косвенно указывать на присутствие тёмной материи — загадочной субстанции, которая не взаимодействует ни со светом, ни с обычной материей, а только с гравитацией. Однако новое исследование Вашингтонского университета ставит под сомнение ведущую теорию, связывающую тёмную материю и звёздные шлейфы, и поднимает новые вопросы об обоих этих галактических явлениях.
|
|
|
|
«Тёмная материя составляет большую часть массы Вселенной и служит своеобразным каркасом, на котором растут галактики, но мы до сих пор не знаем, что она собой представляет, — говорит соавтор исследования Нора Шипп, доцент кафедры астрономии Вашингтонского университета. — Млечный Путь — одна из лучших лабораторий, где мы можем это выяснить, а звёздные шлейфы — один из самых эффективных инструментов для изучения этого вопроса».
|
|
|
|
|
|
|
Звёздный шлейф образуется, когда группа звёзд сталкивается с галактикой и попадает под её гравитационное воздействие. По мере того как звёзды вращаются вокруг галактики, её гравитация растягивает скопление в длинную тонкую звёздную нить. В большинстве галактик есть звёздные потоки, но наиболее заметными для астрономов являются потоки в Млечном Пути.
|
|
|
|
В нашей галактике большинство наблюдаемых звёздных потоков имеют неправильную форму: однородное скопление звёзд прерывается разрывами и изгибами. Многие астрономы считают, что эти неоднородности могут свидетельствовать о гравитационном воздействии небольших скоплений тёмной материи, так называемых субгало. Если в галактике действительно есть субгало, разбросанные по всему её пространству, изучение неоднородностей в звёздных потоках может помочь нам узнать больше о составе тёмной материи.
|
|
|
|
Новое исследование было направлено на то, чтобы понять, какую роль в формировании звёздных потоков играет сама галактика, а не скопления тёмной материи внутри неё. Астрономы смоделировали четыре галактики размером с Млечный Путь без каких-либо скоплений тёмной материи, а затем добавили в них около 15 000 звёздных потоков. Спустя пять миллиардов лет моделирования команда обнаружила неоднородности почти в каждом звёздном потоке.
|
|
|
|
«В наших симуляциях сами галактики-хозяева создавали те же неоднородности, которые мы наблюдаем в реальных звёздных потоках, — говорит ведущий автор исследования Арпит Арора, постдокторант в области астрономии в Университете Вашингтона. — Теперь, когда мы можем предсказать, как ведёт себя галактика-хозяин сама по себе, мы можем начать выделять эффекты, за которые отвечает тёмная материя».
|
|
|
|
Причиной неоднородностей была структура самих галактик. В каждой смоделированной галактике звёзды были распределены по диску неравномерно, образуя области с большей и меньшей плотностью, чтобы имитировать состав реальной галактики, подобной нашей. Когда смоделированные потоки звёзд проходили через более плотные области пространства, они искривлялись и разрывались из-за неоднородного гравитационного поля.
|
|
|
|
Арора ожидал, что галактики-хозяева придадут потокам некоторую неоднородность, но их количество застало его врасплох.
|
|
|
|
«Мы обнаружили, что почти все потоки имели те или иные структурные отклонения, — сказал Арора. — Так что идея о том, что потоки по своей природе должны быть тонкими и гладкими, не совсем верна».
|
|
|
|
В результате моделирования появились изгибы, изломы, ответвления, разрывы и скопления. Некоторые потоки были полностью разорваны гравитационным полем галактик-хозяев. Потоки, вращающиеся ближе к ядру галактики, чаще попадали в плотные, неоднородные области пространства, где приобретали больше неоднородностей. Из 15 000 потоков, распределённых по четырём галактикам-хозяевам, только 70 через пять миллиардов лет остались идеально гладкими.
|
|
|
|
Результаты могут показаться неутешительными, но, по мнению команды Вашингтонского университета, они указывают на четкий и перспективный путь развития исследований темной материи. Арора хочет включить в следующую симуляцию сгустки темной материи, чтобы посмотреть, будут ли они создавать неоднородности в звездных потоках, отличные от тех, которые возникают из-за влияния родительской галактики.
|
|
|
|
Кроме того, у ученых может появиться возможность сопоставить результаты симуляций с новыми наблюдениями: ожидается, что телескоп Simonyi Survey Telescope в Обсерватории Веры К. Рубин, принадлежащей Национальному научному фонду и Министерству энергетики США, обнаружит множество звездных потоков в нашей галактике, что поможет астрономам составить классификацию особенностей звездных потоков и, будем надеяться, обнаружить следы темной материи.
|
|
|
|
«К сожалению, не существует волшебной палочки, которая позволила бы нам увидеть структуру темной материи, — говорит Джеймс Дэвенпорт, доцент кафедры астрономии Вашингтонского университета. — Звездные потоки — это сложные системы, но они по-прежнему остаются самым интересным способом изучения темной материи в непосредственной близости от нас».
|
|
|
|
Источник
|
