Астрономы обнаружили протяженный ореол темной материи вокруг древней карликовой галактики

Результаты исследования свидетельствуют, что первые галактики во Вселенной были более массивными, чем считалось ранее.

Об этом рассказывают в Массачусетском технологическом институте (MIT).

Млечный Путь окружен десятками карликовых галактик, которые считаются остатками первых галактик во Вселенной. Среди самых примитивных из этих галактических ископаемых — Тукана II — ультратусклая карликовая галактика, которая находится на расстоянии примерно 50 килопарсек, или 163 тысяч световых лет, от Земли.

Астрофизики обнаружили звезды на краю Туканы II, в конфигурации, которая удивительно далека от ее центра, но тем не менее подхвачена гравитационным притяжением крошечной галактики. Это первое свидетельство того, что Тукана II содержит протяженный ореол темной материи — область гравитационно связанной материи, которая, по подсчетам исследователей, в три-пять раз массивнее, чем предполагали ученые. Это открытие далеких звезд в древней карликовой галактике намекает на то, что первые галактики во Вселенной, вероятно, также были протяженными и более массивными, чем считалось ранее.

"Tucana II имеет гораздо большую, чем мы думали, массу для того, чтобы связать эти звезды, которые находятся так далеко", - говорит аспирант MIT Анирудха Чити. "Это означает, что другие реликтовые первые галактики, вероятно, также имеют такие протяженные ореолы".

Исследователи также определили, что звезды в окрестностях Туканы II более примитивны, чем звезды в ядре галактики. Это первое свидетельство такого звездного дисбаланса в ультратусклой карликовой галактике.

Эта уникальная конфигурация предполагает, что древняя галактика могла быть продуктом одного из первых слияний во Вселенной между двумя галактиками-младенцами — одна из которых несколько менее примитивная, чем другая.

"Возможно, мы видим первый признак галактического каннибализма", - говорит Анна Фребель, доцент из MIT. "Одна галактика, возможно, съела одного из своих более мелких и примитивных соседей, который затем пролил все свои звезды на окраину".

Фребель, Чити и их коллеги опубликовали свои результаты в журнале "Nature Astronomy».

Не такие уж и тусклые галактики

Тукана II — одна из самых примитивных из известных карликовых галактик, судя по содержанию металлов в ее звездах. Звезды с низким содержанием металлов, вероятно, образовались очень рано, когда Вселенная еще не производил тяжелых элементов. В случае с Туканой II, астрономы ранее идентифицировали пригоршню звезд вокруг ядра галактики с таким низким содержанием металлов, что галактика считалась наиболее химически примитивной из известных ультратусклых карликовых галактик.

Чити и Фребель задумались, не может ли в давней галактике содержаться других, более старших звезд, которые могут пролить свет на формирование первых галактик Вселенной. Чтобы проверить эту идею, они наблюдали за Туканой II с помощью телескопа SkyMapper — оптического наземного телескопа в Австралии, который снимает широкие виды на южное небо.

Команда использовала визуальный фильтр на телескопе, чтобы заметить примитивные, бедные на металлы звезды вне ядра галактики. Команда задействовала алгоритм, разработанный Чити, на отфильтрованных данных для эффективного выделения звезд с низким содержанием металлов, включая ранее идентифицированные звезды в центре и девять новых звезд гораздо дальше от галактического ядра.

"Анализ Ани показывает кинематическую связанность, что эти далекие звезды движутся в русле с внутренними звездами, как вода в ванне спускается в канализацию", - добавляет Фребель.

Результаты позволяют предположить, что Tucana II должна иметь протяженный ореол темной материи, который в три-пять раз массивнее, чем считалось ранее, для того, чтобы гравитацией она могла удерживать эти далекие звезды. Темная материя — это гипотетический тип материи, который, как полагают, составляет более 85 процентов Вселенной. Считается, что каждая галактика удерживается с помощью локальной концентрации, или гало, темной материи.

"Без темной материи галактики просто разлетелись бы на части", - говорит Чити. "[Темная материя] является важнейшим ингредиентом в создании галактики и удержания ее вместе".

Результаты команды являются первым свидетельством того, что ультратусклая карликовая галактика может содержать протяжный ореол темной материи.

"Это, пожалуй, также означает, что самые ранние галактики образовались в значительно больших ореолах темной материи, чем считалось ранее", - говорит Фребель. "Мы думали, что первые галактики были мелкими, самыми тусклыми галактиками. Но они на самом деле могли быть в несколько раз больше, чем мы думали, и не так уж крохотные, в конце концов".

"Каннибалистическая история"

Чити и Фребель продолжили свои первоначальные результаты наблюдениями за Тукан II с помощью Магеллановых телескопов в Чили. С Магелланом команда сосредоточилась на звездах галактики с низким содержанием металлов, чтобы получить их относительную металличность, и обнаружила, что внешние звезды втрое более бедны на металлы и, следовательно, более примитивные, чем те, которые находятся в центре.

"Мы впервые видим нечто, похожее на химическую разницу между внутренними и внешними звездами в древней галактике", - говорит Чити.

Вероятным объяснением дисбаланса может быть раннее слияние галактик, когда небольшая галактика — возможно, из первого поколения галактик, образовавшихся во Вселенной — проглотила другую галактику, находившуюся рядом. Этот галактический каннибализм сегодня постоянно встречается во всей Вселенной, но было неясно, слились ли ранние галактики подобным образом.

"Тукан II в конце концов будет съеден Млечным Путем, без пощады", - говорит Фребель. "И оказывается, эта древняя галактика может иметь свою собственную каннибалистическую историю".

Команда планирует использовать свой подход для наблюдения за другими ультратусклыми карликовыми галактиками вокруг Млечного Пути в надежде обнаружить еще более старые, отдаленные звезды.

"Наверное, существует гораздо больше систем, возможно, все те, звезды которых мигают в окрестностях", - говорит Фребель.

Это исследование было частично поддержано НАСА и Национальным научным фондом.

Читайте еще интересные новости о космосе.