Астрономы, использующие данные телескопов НАСА и ЕКА (Европейского космического агентства), выпустили новую карту всего неба самой удаленной области нашей галактики. Эта область, известная как галактическое гало, находится за пределами закрученных спиральных рукавов, которые образуют узнаваемый центральный диск Млечного Пути, и редко заселена звездами. Хотя ореол может казаться в основном пустым, предполагается, что он содержит массивный резервуар темной материи, загадочного и невидимого вещества, которое, как считается, составляет основную массу всей массы Вселенной.
Данные для новой карты взяты из миссии ESA Gaia и NASA Near Earth Object Wide Field Infrared Survey Explorer, или NEOWISE , которые работали с 2009 по 2013 год под названием WISE. В исследовании используются данные, собранные космическим аппаратом в период с 2009 по 2018 год.
Источник: NASA / JPL-Caltech / NSF / R. Hurt / N. Гаравито-Камарго и Г. Бесла
Большое Магелланово Облако
На новой карте показано, как маленькая галактика под названием Большое Магелланово Облако (БМО), названная так потому, что она является большей из двух карликовых галактик, вращающихся вокруг Млечного Пути, прошла через галактический гало Млечного Пути, как корабль через воду, создавая гравитационный след в звездах позади него. БМО расположена примерно в 160 тысячах световых лет от Земли и составляет менее четверти массы Млечного Пути.
Хотя внутренние части гало были нанесены на карту с высокой степенью точности, это первая карта, которая дает аналогичную картину внешних областей гало, где обнаружен след – от 200 тысяч до 325 тысяч световых лет от Земли. Предыдущие исследования намекали на существование следа, но карта всего неба подтверждает его присутствие и предлагает подробное представление о его форме, размере и местоположении.
Темная материя
Это возмущение в ореоле также дает астрономам возможность изучить то, что они не могут наблюдать напрямую: темную материю. Хотя она не излучает, не отражает и не поглощает свет, гравитационное влияние темной материи наблюдается по всей Вселенной. Считается, что она создает каркас, на котором построены галактики, так что без него галактики разлетались бы при вращении. По оценкам, темная материя встречается во Вселенной в пять раз чаще, чем вся материя, излучающая свет и / или взаимодействующая со светом, от звезд до планет и газовых облаков.
Хотя существует множество теорий о природе темной материи, все они указывают на то, что она должна присутствовать в ореоле Млечного Пути. Если это так, то, когда БМО проплывает через эту область, оно также должен оставлять след в темной материи. Считается, что след, наблюдаемый на новой звездной карте, является контуром этого следа темной материи; звезды подобны листьям на поверхности этого невидимого океана, их положение меняется вместе с темной материей.
Взаимодействие между темной материей и Большим Магеллановым Облаком имеет большое значение для нашей галактики. Когда БМО вращается вокруг Млечного Пути, гравитация темной материи притягивает БМО и замедляет его. Это приведет к тому, что орбита карликовой галактики будет становиться все меньше и меньше, пока галактика, наконец, не столкнется с Млечным путем примерно через 2 миллиарда лет. Эти типы слияний могут стать ключевым фактором роста массивных галактик по всей Вселенной. Фактически, астрономы считают, что Млечный Путь слился с другой маленькой галактикой около 10 миллиардов лет назад.
«Это похищение энергии меньшей галактики – не только причина слияния БМО с Млечным путем, но и причина слияния всех галактик, – сказал Рохан Найду, аспирант по астрономии Гарвардского университета и соавтор новой книги. – След на нашей карте – действительно хорошее подтверждение того, что наша основная картина слияния галактик верна!»
Редкая возможность
Авторы статьи также считают, что новая карта – наряду с дополнительными данными и теоретическим анализом – может служить проверкой для различных теорий о природе темной материи, например, состоит ли она из частиц, таких как обычная материя, и каковы ее свойства.
«Вы можете себе представить, что след за лодкой будет другим, если лодка плывет по воде или по меду, – отметил Чарли Конрой, профессор Гарвардского университета и астроном из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института, соавтор исследования. – В этом случае свойства следа определяются тем, какую теорию темной материи мы применяем».
Конрой возглавлял команду, которая нанесла на карту положения более 1300 звезд в ореоле. Проблема возникла при попытке измерить точное расстояние от Земли до большей части этих звезд: часто невозможно определить, является ли звезда слабой и близкой или яркой и далекой. Команда использовала данные миссии ESA Gaia, которая обеспечивает местоположение многих звезд на небе, но не может измерить расстояния до звезд во внешних регионах Млечного Пути.
Звездное гало
После определения звезд, которые, скорее всего, находятся в гало (поскольку они явно не находились внутри нашей галактики или БМО), команда искала звезды, принадлежащие к классу гигантских звезд со специфической световой «сигнатурой», обнаруживаемой NEOWISE . Знание основных свойств выбранных звезд позволило команде определить их расстояние от Земли и создать новую карту. На ней изображена область, начинающаяся примерно в 200 тысячах световых лет от центра Млечного Пути, или примерно там, где, как было предсказано, начнется след от БМО, и простирается на 125 тысяч световых лет дальше этого.
Конрой и его коллеги были вдохновлены на поиски следа LMC после того, как узнали о группе астрофизиков из Университета Аризоны в Тусоне, которая создает компьютерные модели, предсказывающие, как должна выглядеть темная материя в галактическом гало. Обе группы работали вместе над новым исследованием.
Одна модель команды из Аризоны, включенная в новое исследование, предсказала общую структуру и конкретное местоположение звездного следа, показанного на новой карте. После того, как данные подтвердили правильность модели, команда смогла подтвердить то, на что также намекали другие исследования: БМО, вероятно, выйдет на свою первую орбиту вокруг Млечного Пути. Если бы меньшая галактика уже сделала несколько орбит, форма и местоположение следа значительно отличались бы от наблюдаемых. Астрономы считают, что БМО образовалась в той же среде, что и Млечный Путь, и соседняя галактика M31, и что она близка к завершению первого длинного обращения вокруг нашей галактики (около 13 миллиардов лет). Его следующая орбита будет намного короче из-за взаимодействия с Млечным путем.
Свойства темной материи
«Подтверждение нашего теоретического прогноза данными наблюдений говорит нам о том, что наше понимание взаимодействия между этими двумя галактиками, включая темную материю, находится на правильном пути», – сказал аспирант по астрономии Университета Аризоны Николас Гаравито-Камарго, руководивший работой над моделью, использованной в статье.
Новая карта также дает астрономам редкую возможность проверить свойства темной материи в нашей собственной галактике. В новом исследовании Гаравито-Камарго и его коллеги использовали популярную теорию темной материи, называемую холодной темной материей, которая относительно хорошо соответствует наблюдаемой звездной карте. Теперь команда Университета Аризоны проводит моделирование, в котором используются различные теории темной материи, чтобы определить, какая из них лучше всего соответствует следу, наблюдаемому за звездами.
«Это действительно особый набор обстоятельств, которые собрались вместе, чтобы создать этот сценарий, который позволяет нам проверить наши теории темной материи, – добавила Гуртина Бесла, соавтор исследования и доцент Университета Аризоны. – Но мы можем реализовать этот тест только с комбинацией этой новой карты и созданного нами моделирования темной материи».
Запущенный в 2009 году космический корабль WISE был переведен в режим гибернации в 2011 году после завершения своей основной миссии. В сентябре 2013 года НАСА повторно активировало космический корабль с основной целью сканирования объектов, сближающихся с Землей, или ОСЗ, и миссия и космический корабль были переименованы в NEOWISE.
Недавно ученые обнаружили, что Млечный Путь пронизан мощным гамма-излучением
