"Хаббл" отследил темную материю в карликовой галактике

Многолетние наблюдения космического телескопа "Хаббл" за карликовой галактикой Дракон помогли определить распределение в ней темной материи. Это распределение, как оказалось, соответствует моделям, а не предыдущим телескопическим наблюдениям.

Об исследовании рассказывают в NASA, передают OstanniPodii.com.

Свойства и поведение темной материи, невидимого "клея" Вселенной, все еще остаются окутанными тайной. Хотя галактики в основном состоят из темной материи, понимание того, как она распределена внутри них, дает подсказки к разгадке того, что это за вещество и какое отношение оно имеет к эволюции галактик.

Хотя компьютерные симуляции предполагают, что темная материя должна скапливаться в центре галактики, что называется перегибом плотности, многие предыдущие телескопические наблюдения указывают на то, что вместо этого она более равномерно распределена по всей галактике. Причина этого противоречия между моделью и наблюдениями продолжает озадачивать астрономов, усиливая загадку темной материи.

Команда астрономов обратилась к космическому телескопу "Хаббл", чтобы попытаться прояснить этот спор, измеряя динамические движения звезд в карликовой галактике Дракон -- системе, расположенной примерно в 250 000 световых годах от Земли. Используя архивные наблюдения "Хаббла" за галактикой Дракон продолжительностью 18 лет, им удалось создать самое точное трехмерное понимание движения звезд в этой карликовой галактике.

"Наши модели, как правило, больше согласуются с перегибообразной структурой, что соответствует космологическим моделям", - говорит Эдуардо Витраль из Научного института космических телескопов (STScI) в Балтиморе, ведущий автор исследования. "Хотя мы не можем однозначно утверждать, что все галактики содержат перегибообразное распределение темной материи, очень интересно иметь такие хорошо измеренные данные, которые превосходят все, что мы имели раньше".

Составление диаграмм движения звезд

Чтобы узнать о темной материи в галактике, ученые могут наблюдать за ее звездами и их движениями, в которых доминирует притяжение темной материи. Самый распространенный подход к измерению скорости объектов, движущихся в космосе, заключается в использовании эффекта Доплера -- наблюдаемого изменения длины волны света, когда звезда приближается или удаляется от Земли. Хотя эта скорость прямой видимости может дать ценную информацию, из этого одномерного источника информации можно почерпнуть не так уж много.

Помимо того, что звезды приближаются или удаляются от нас, они также движутся по небу, что измеряется как их собственное движение. Соединив скорость прямой видимости с собственным движением, команда создала беспрецедентный анализ трехмерного движения звезд.

"Улучшение данных и совершенствование моделирования обычно идут бок о бок", - объясняет Роланд ван дер Марел из STScI, соавтор статьи, который инициировал это исследование более 10 лет назад. "Если у вас не очень сложные данные или только одномерные данные, то часто могут подойти относительно простые модели. Чем больше измерений и более сложных данных вы собираете, тем сложнее должны быть ваши модели, чтобы действительно учесть все тонкости данных".

Научный марафон (а не спринт)

Поскольку известно, что карликовые галактики имеют большее содержание темной материи, чем другие типы галактик, команда сосредоточилась на карликовой галактике Дракон, которая является относительно небольшим и сфероидальным близким спутником нашей галактики Млечный Путь.

"Измеряя собственные движения, вы фиксируете положение звезды в одну эпоху, а затем через много лет измеряете положение той же самой звезды. Вы измеряете смещение, чтобы определить, насколько она переместилась", - объясняет Сангмо Тони Сон из STScI, еще один соавтор статьи, главный исследователь последней программы наблюдений. "Для такого рода наблюдений, чем дольше вы ждете, тем лучше вы можете измерить смещение звезд".

Команда проанализировала серию эпох, охватывающих период с 2004-го по 2022 год, что является большой базисной линией, которую может предложить только "Хаббл" благодаря сочетанию его острого стабильного зрения и рекордного времени работы. Богатый архив данных телескопа помог уменьшить уровень неопределенности в измерении собственных движений звезд. Точность измерения эквивалентна измерению годового смещения чуть меньше ширины мяча для гольфа, видимого на Луне с Земли.

Благодаря трехмерным данным команда уменьшила количество предположений, применявшихся в предыдущих исследованиях, и учла специфические для галактики характеристики -- такие как ее вращение, распределение звезд и темной материи -- в собственном моделировании.

Захватывающее будущее

Методологии и модели, разработанные для карликовой галактики Дракон, могут быть применены к другим галактикам в будущем. Команда уже анализирует наблюдения "Хаббла" за карликовыми галактиками Скульптор и Малая Медведица.

Изучение темной материи требует наблюдения различных галактических сред, а также предполагает сотрудничество между различными миссиями космических телескопов. В частности, будущий космический телескоп НАСА "Нэнси Грейс Роман" поможет раскрыть новые детали свойств темной материи в различных галактиках благодаря своей способности осматривать большие участки неба.

"Такие исследования являются долгосрочными инвестициями и требуют значительного терпения", - отметил Витраль. "Мы можем заниматься этой наукой благодаря многолетнему планированию, которое мы делали, чтобы собрать эти данные. Информация, которую мы собрали, является результатом работы большой группы исследователей, работавшиз над этими вопросами в течение многих лет".

Эти результаты опубликованы в The Astrophysical Journal.