Аннотация:
Астрономы давно надеялись найти доказательства существования темной материи через разрывы, изгибы и другие необычные структуры в потоках звезд вокруг Млечного Пути. Однако новое исследование Вашингтонского университета показывает, что даже без крошечных сгустков темной материи, которые, как считается, создают эти особенности, гравитационная структура самой галактики может вызывать почти такое же явление.
Звездные потоки представляют собой вытянутые ленты звезд, вращающихся вокруг галактик. Исследователи смоделировали около 15 000 звездных потоков в четырех виртуальных галактиках, аналогичных по размеру Млечному Пути, и намеренно исключили небольшие сгустки темной материи, называемые «субгало темной материи». После 5 миллиардов лет моделируемой эволюции почти все звездные потоки развили неправильную структуру в той или иной степени, и в конце концов только 70 из них остались полностью гладкими.
Арпит Арора, первый автор исследовательской работы и научный сотрудник по астрономии в Вашингтонском университете, сказал, что результаты моделирования показывают, что сама родительская галактика может формировать множество аномалий, которые часто встречаются в реальных звездных потоках. Теперь исследователи могут сначала предсказать влияние самих галактик, а затем дополнительно выделить ту часть, которая на самом деле может быть вызвана темной материей.
Соответствующее исследование опубликовано в Astrophysical Journal.
Эти искажения в основном возникают из-за неоднородности внутреннего строения галактики. В моделировании звезды не равномерно распределены по диску галактики, а образуют области с разной плотностью, подобно сложным структурам в реальных галактиках. Когда потоки звезд проходят через более плотные области, неравномерные гравитационные поля могут сгибать, разрывать или рассеивать их.
Алора изначально ожидала, что в галактике возникнут какие-то аномалии, но она не ожидала, что их будет такое большое количество. По его словам, почти в каждом ручье происходят какие-то структурные изменения, а это означает, что традиционное предположение о том, что ручьи по своей природе вытянуты и гладки, не обязательно верно.
Морфологии, возникшие в ходе моделирования, включали рябь, изгибы, изломы, выступы, ветви, разрывы и звездные скопления. Некоторые звездные потоки даже полностью разрываются сложной и постоянно меняющейся гравитационной средой родительской галактики. Потоки звезд, расположенные ближе к ядру галактики, имеют тенденцию приобретать более неправильные особенности, поскольку они чаще проходят через плотные и структурно сложные области.
Это открытие затрудняет использование звездных потоков для изучения темной материи. Считается, что темная материя занимает подавляющую часть массы Вселенной и обеспечивает «скелет» для формирования галактик. Однако он не взаимодействует со светом и почти не взаимодействует напрямую с обычной материей. В настоящее время ученые могут сделать вывод о его существовании только по гравитационным эффектам.
Нора Шипп, доцент кафедры астрономии Вашингтонского университета и соавтор статьи, рассказала, что Млечный Путь — одна из лучших лабораторий для изучения темной материи, а звездные потоки — один из ее самых острых инструментов. Звездные потоки образуются, когда группа звезд входит в галактику и захватывается ее гравитацией. Когда эта группа звезд вращается вокруг галактики, гравитация галактики растягивает ее в вытянутые ленты. У большинства галактик могут быть звездные потоки, но легче всего наблюдать те, что расположены вокруг Млечного Пути.
Многие звездные потоки в Млечном Пути имеют разрывы и изломы. В прошлом астрономы предполагали, что эти структуры могут быть сформированы гравитационными возмущениями в потоках звезд, проходящих вблизи субгало темной материи. Если это объяснение верно, ожидается, что форма звездного потока поможет ученым понять состав и распределение темной материи.
Однако новое моделирование показывает, что прежде чем приписывать эти искажения темной материи, исследователи должны сначала исключить аналогичные эффекты со стороны самой родительской галактики. Арора планирует снова добавить сгустки темной материи в последующие симуляции и проверить, создают ли они уникальные закономерности, отличающиеся от эффектов самой галактики.
Будущие наблюдения также могут помочь ученым провести это различие. Ожидается, что обзорный телескоп Симони Национального научного фонда и обсерватория Веры К. Рубин Министерства энергетики обнаружат больше звездных потоков Млечного Пути. Более богатый объем наблюдательных данных может помочь астрономам классифицировать различные структуры в звездных потоках и искать «отпечатки пальцев», более уверенно связанные с темной материей.
Джеймс Давенпорт, доцент кафедры астрономии Вашингтонского университета, отметил, что не существует простого и прямого способа раскрыть структуру темной материи. Хотя звездные потоки представляют собой сложные системы, они по-прежнему являются одним из наиболее ценных способов изучения темной материи вблизи Солнечной системы.
Комментарии