Исследование ставит вопрос насчет темной материи в карликовых галактиках вокруг Млечного Пути

Считается, что карликовые галактики, которые являются спутниками нашего Млечного Пути, живут долго из-за огромного количества темной материи в них. Однако в новом исследовании обнаружены признаки того, что большинство карликовых галактик на самом деле может быть уничтожено вскоре после их вхождения в гало нашей галактики.

Об этом рассказывают в Потсдамском институте астрофизики имени Лейбница, передают OstanniPodii.com.

Работа, проведенная международной группой исследователей, основывается на последнем каталоге от космического телескопа Gaia и опубликована в журнале "Ежемесячные сообщения Королевского астрономического общества".

Исследование открывает важные вопросы к стандартной модели космологии, в частности, к распространенности темной материи в нашем ближайшем окружении.

Не древние спутники

Долгое время предполагали, что карликовые галактики вокруг Млечного Пути являются древними спутниками, вращающимися вокруг нашей галактики в течение почти 10 млрд лет. Это требовало наличия в них огромного количества темной материи, защищающей их от огромного приливного эффекта, вызванного гравитационным притяжением нашей галактики. Предполагалось, что темная материя является причиной наблюдаемых больших различий в скоростях звезд в этих карликовых галактиках.

Последние данные Gaia позволили получить совершенно иной взгляд на свойства карликовых галактик.

Астрономы из Парижской обсерватории-PSL, Национального центра научных исследований (CNRS) и Потсдамского института астрофизики смогли определить историю Млечного Пути благодаря зависимости, связывающей орбитальную энергию объекта с эпохой его вхождения в гало -- временем, когда его впервые захватило гравитационным полем Млечного Пути: объекты, которые прибыли в гало раньше, когда Млечный Путь был менее массивным, имеют более низкую орбитальную энергию, чем те, которые прибыли недавно.

Энергия орбиты большинства карликовых галактик на удивление существенно больше, чем у карликовой галактики Стрельца, которая попала в гало 5-6 млрд лет назад. Это означает, что большинство карликовых галактик появилось гораздо позже, менее трех миллиардов лет назад.

Столь недавнее появление предполагает, что близлежащие карлики пришли из-за пределов гало, где почти все карликовые галактики, по наблюдениям, содержат огромные запасы нейтрального газа. Богатые газом галактики потеряли свой газ во время столкновения с горячим газом галактического гало. Сильные удары и возникшие при этом турбулентность полностью изменили карликовые галактики.

Если раньше в богатых газом карликовых галактиках доминировало вращение газа и звезд, то после превращения их в безгазовые системы их гравитация уравновешивается случайными движениями оставшихся звезд.

Карликовые галактики теряют свой газ в результате настолько бурного процесса, что это выводит их из равновесия, а значит, скорость движения их звезд больше не соответствует их гравитационному ускорению. Комбинированный эффект потери газа и гравитационных ударов, вызванных погружением в галактику, хорошо объясняет разброс скоростей звезд в остатке карликовой галактики.

Изображение из симуляции преобразования богатой газом галактики, в которой доминирует вращение, в сферическую карликовую галактику. Здесь показан аналог карликовой галактики Скульптор. Credit: Jianling Wang, François Hammer

Роль темной материи

Одним из интересных моментов этого исследования является роль темной материи.

Во-первых, отсутствие равновесия не позволяет оценить динамическую массу карликов Млечного Пути и содержание в них темной материи.

Во-вторых, если в предыдущем сценарии темная материя защищала предполагаемую стабильность карликовых галактик, то для объектов, которые выходят из равновесия, ссылаться на темную материю становится довольно неудобно. Действительно, если бы карлик уже содержал много темной материи, то она должна была бы стабилизировать его первоначальный вращающийся диск звезд, предотвратив превращение карлика в галактику со случайными движениями звезд, как это наблюдается.

Описанная недавность появления карликовых галактик и их трансформация в гало хорошо объясняет многие наблюдаемые свойства этих объектов, в частности, почему они имеют звезды на больших расстояниях от своего центра. Их свойства кажутся совместимыми с отсутствием темной материи, что противоречит прежним представлениям о карликовых галактиках как об объектах с наибольшим преобладанием темной материи.

Теперь возникает множество вопросов, таких как: где находится множество карликовых галактик с преобладанием темной материи, которые, согласно стандартной модели космологии, располагаются вокруг Млечного Пути? Как можно определить содержание темной материи в карликовой галактике, если нельзя предположить ее равновесие? Какие еще наблюдения могли бы отличить предполагаемые карликовые галактики, находящиеся вне равновесия, от классической картины с карликами, в которых доминирует темная материя?