Астрономи виявили протяжний ореол темної матерії навколо стародавньої карликової галактики

Результати дослідження свідчать, що перші галактики у Всесвіті були більш масивними, ніж вважалося раніше.

Про це розповідають в Массачусетському технологічному інституті (MIT).

Чумацький Шлях оточений десятками карликових галактик, які вважаються залишками найперших галактик у Всесвіті. Серед найпримітивніших із цих галактичних копалин — Тукана II — ультратьмяна карликова галактика, яка знаходиться на відстані приблизно 50 кілопарсеків, або 163 тисяч світлових років, від Землі.

Астрофізики виявили зірки на краю Тукани II, у конфігурації, яка напрочуд далека від її центру, але тим не менше підхоплена гравітаційним тяжінням крихітної галактики. Це перше свідчення того, що Тукана II містить протяжний ореол темної матерії — область гравітаційно пов'язаної матерії, яка, за підрахунками дослідників, в три-п’ять разів масивніша, ніж передбачували вчені. Це відкриття далеких зірок у стародавній карликовій галактиці натякає на те, що перші галактики у Всесвіті, ймовірно, також були протяжними та більш масивними, ніж вважалося раніше.

“Tucana II має набагато більшу, ніж ми думали, масу для того, щоб зв’язати ці зорі, які знаходяться так далеко”, - каже аспірант MIT Анірудх Чіті. “Це означає, що інші реліктові перші галактики, ймовірно, також мають такі протяжні ореоли”.

Дослідники також визначили, що зірки в околицях Тукани II є більш примітивними, ніж зорі в ядрі галактики. Це перше свідчення такого зоряного дисбалансу в ультратьмяній карликовій галактиці.

Ця унікальна конфігурація припускає, що давня галактика могла бути продуктом одного з перших злиттів у Всесвіті між двома галактиками-немовлятами — одна з яких дещо менш примітивна, ніж інша.

“Можливо, ми бачимо першу ознаку галактичного канібалізму”, - говорить Анна Фребель, доцент з MIT. “Одна галактика, можливо, з'їла одного зі своїх трохи менших, примітивніших сусідів, який потім пролив усі свої зірки на околицю”.

Фребель, Чіті та їх колеги опублікували свої результати в журналі "Nature Astronomy".

Не такі вже й тьмяні галактики

Тукана II — одна з найпримітивніших з відомих карликових галактик, судячи зі вмісту металів у її зірках. Зорі з низьким вмістом металів, ймовірно, утворилися дуже рано, коли Всесвіт ще не виробляв важких елементів. У випадку з Туканою II, астрономи раніше ідентифікували купку зірок навколо ядра галактики з таким низьким вмістом металів, що галактика вважалася найбільш хімічно примітивною з відомих ультратьмяних карликових галактик.

Чіті та Фребель замислились, чи не може в давній галактиці міститися інших, ще старших зірок, які можуть пролити світло на формування перших галактик Всесвіту. Щоб перевірити цю ідею, вони спостерігали за Туканою II за допомогою телескопа SkyMapper — оптичного наземного телескопа в Австралії, який знімає широкі види на південне небо.

Команда використовувала візуальний фільтр на телескопі, щоб помітити примітивні, бідні на метали зірки поза ядром галактики. Команда задіяла алгоритм, розроблений Чіті, на відфільтрованих даних для ефективного виділення зірок з низьким вмістом металів, включаючи раніше ідентифіковані зірки в центрі та дев'ять нових зірок набагато далі від галактичного ядра.

“Аналіз Ані показує кінематичну зв’язанність, що ці далекі зірки рухаються в руслі з внутрішніми зірками, як вода у ванні спускається в каналізацію”, - додає Фребель.

Результати дозволяють припустити, що Tucana II повинна мати протяжний ореол темної матерії, який у три-п’ять разів масивніший, ніж вважалося раніше, для того, щоб гравітацією вона могла утримувати ці далекі зорі. Темна матерія — це гіпотетичний тип матерії, який, як вважають, становить понад 85 відсотків Всесвіту. Вважається, що кожна галактика утримується разом за допомогою локальної концентрації, або гало, темної матерії.

“Без темної матерії галактики просто розлетілися б на частини”, - каже Чіті. “[Темна матерія] є найважливішим інгредієнтом у створенні галактики та утримання її разом”.

Результати команди є першим свідченням того, що ультратьмяна карликова галактика може містити протяжний ореол темної матерії.

“Це, мабуть, також означає, що найранніші галактики утворились у значно більших ореолах темної матерії, ніж вважалося раніше”, - говорить Фребель. “Ми думали, що перші галактики були найдрібнішими, найтьмянішими галактиками. Але вони насправді могли бути в кілька разів більшими, ніж ми думали, і не такі вже й крихітні, врешті решт”.

“Канібалістична історія”

Чіті та Фребель супроводили свої початкові результати спостереженнями за Туканою II за допомогою Магелланових телескопів в Чилі. З Магелланом команда зосередилася на зірках галактики з низьким вмістом металів, щоб отримати їх відносну металевість, і виявила, що зовнішні зірки втричі більш бідні на метали і, отже, більш примітивні, ніж ті, що знаходяться в центрі.

“Ми вперше бачимо дещо, що схоже на хімічну різницю між внутрішніми та зовнішніми зірками в стародавній галактиці", - говорить Чіті.

Ймовірним поясненням дисбалансу може бути раннє злиття галактик, коли невелика галактика — можливо, з першого покоління галактик, що утворилися у Всесвіті — проковтнула іншу галактику, що знаходилася поруч. Цей галактичний канібалізм сьогодні постійно зустрічається у всьому Всесвіті, але було неясно, чи ранні галактики злилися подібним чином.

“Тукану II зрештою з'їсть Чумацький Шлях, без пощади”, - говорить Фребель. “І виявляється, ця давня галактика може мати свою власну канібалістичну історію”.

Команда планує використати свій підхід для спостереження за іншими ультратьмяними карликовими галактиками навколо Чумацького Шляху в надії виявити ще старіші, більш віддалені зірки.

“Напевно, існує набагато більше систем, можливо, всі ті, зірки яких блимають в околицях”, - говорить Фребель.

Це дослідження було частково підтримане НАСА та Національним науковим фондом.

Читайте ще цікаві новини про космос.