З′ясовано форму зоряного ореолу Чумацького Шляху

Нове дослідження показало справжню форму розрідженої хмари зірок, що оточує диск нашої галактики. Десятиліттями астрономи вважали, що ця хмара зірок, звана зоряним гало (або ореолом), має сферичну форму, як пляжний м′яч. Тепер нова модель, заснована на сучасних спостереженнях, показує, що зоряне гало має довгасту форму й нахил, наче м′яч для американського футболу, який щойно вдарили ногою.

Про це розповіли у Гарвард-Смітсонівському Центрі астрофізики (CfA).

Висновки, опубліковані поточного місяця в "Астрономічному журналі" ("Astronomical Journal"), дають уявлення у багатьох астрофізичних областях. Наприклад, результати проливають світло на історію нашої галактики та її еволюцію, а також надають підказки у полюванні, що триває, за таємничою субстанцією, відомою як темна матерія.

"Форма зоряного гало — дуже фундаментальний параметр, який ми щойно виміряли з більшою точністю, ніж це було можливо раніше", - говорить провідний автор дослідження Джівон "Джессі" Хан, аспірант CfA. "Є багато важливих наслідків того, що зоряне гало не сферичне, а має форму м'яча для американського футболу, м'яча для регбі або цепеліна — вибирайте самі!"

"Протягом десятиліть загальним припущенням було те, що зоряне гало є більш-менш сферичним та ізотропним, або однаковим в усіх напрямках", - додає співавтор дослідження Чарлі Конрой, радник Хана, професор астрономії Гарвардського університету та CfA. "Тепер ми знаємо, що хрестоматійну картину нашої галактики, ув'язненої у сферичний об'єм зірок, має бути відкинуто".

Зоряне гало Чумацького Шляху — це видима частина того, що у ширшому сенсі називається галактичним гало. У цьому галактичному ореолі переважає невидима темна матерія, присутність якої можна виміряти тільки за гравітацією, яку вона чинить. Як зазначають в CfA, кожна галактика має свій власний ореол з темної матерії. Ці ореоли слугують свого роду будівельними риштуваннями, на яких висить звичайна, видима матерія. Зі свого боку, ця видима матерія формує зорі та інші спостережувані галактичні структури. Для кращого розуміння того, як формуються та взаємодіють галактики, а також глибинної природи темної матерії, зоряні гало є, відповідно, цінними астрофізичними об'єктами.

"Зоряне гало — це динамічний датчик галактичного гало", - каже Хань. "Щоб дізнатися більше про галактичні гало загалом, і особливо про галактичне гало та історію нашої власної галактики, зоряне гало — чудове місце для початку".

Однак вивчення форми зоряного гало Чумацького Шляху вже давно не дає астрофізикам спокою з тієї простої причини, що ми перебуваємо всередині нього. Зоряне гало простягається на кілька сотень тисяч світлових років вище й нижче заповненої зорями площини нашої галактики, де розташована наша Сонячна система.

"На відміну від зовнішніх галактик, коли ми просто дивимося на них і вимірюємо їхнє гало", - каже Хан, - "у нас немає такої аеральної, зовнішньої перспективи гало нашої власної галактики".

Усе ускладнюється ще й тим, що зоряне гало виявилося досить розрідженим і містить лише близько одного відсотка маси всіх зірок галактики. Однак згодом астрономам вдалося ідентифікувати багато тисяч зірок, що населяють це гало, які відрізняються від інших зірок Чумацького Шляху завдяки своєму хімічному складу (який можна визначити, вивчивши їхнє зоряне світло), а також за відстанню та рухом по небу. Завдяки таким дослідженням астрономи зрозуміли, що зорі в гало розподілені нерівномірно. Відтоді метою стало вивчення закономірностей надмірної щільності зірок — просторових скупчень і потоків — для з'ясування остаточного походження зоряного гало.

Нове дослідження вчених CfA та їхніх колег спирається на два великих набори даних, зібраних останніми роками, які дали змогу вивчити зоряне гало як ніколи раніше.

Перший набір даних отримано від космічного апарату Гайя (Gaia), запущеного Європейським космічним агентством у 2013 році. Гайя продовжує збирати найточніші дані про положення, рух і відстань мільйонів зірок у Чумацькому Шляху, включно з деякими прилеглими зорями зоряного гало.

Другий набір даних отримано під час H3 (Гекточель в гало з високою роздільною здатністю), наземного дослідження, проведеного в обсерваторії ММТ у співпраці між CfA та Аризонським університетом. H3 зібрав докладні спостереження десятків тисяч зірок зоряного гало, що знаходяться занадто далеко, щоб Гайя могла їх оцінити.

Об'єднання цих даних у гнучку модель, яка дозволяє визначити форму зоряного гало на основі всіх спостережень, дало змогу отримати явно несферичне гало — і ця форма у вигляді м'яча для американського футболу добре узгоджується з іншими результатами, отриманими на сьогодні. Наприклад, ця форма незалежно та твердо узгоджується з провідною теорією формування зоряного гало Чумацького Шляху.

Згідно з цією теорією, зоряне гало сформувалося, коли самотня карликова галактика зіткнулася 7-10 мільярдів років тому з нашою більшою галактикою. Та карликова галактика кумедно відома як Гайя-Саусаж-Енцелад (GSE), де "Гайя" означає вищезгаданий космічний апарат, "Саусаж" (ковбаса) — закономірність, що виявляється під час побудови даних Гайї, а "Енцелад" — гігант з грецької міфології, якого поховали під горою — приблизно так само, як GSE було поховано в Чумацькому Шляху. Унаслідок цього галактичного зіткнення карликову галактику було розірвано на частини, а складові її зорі розлетілися у розсіяне гало. Така історія походження пояснює несхожість зірок гало на зорі, що народилися й виросли у Чумацькому Шляху.

Результати дослідження ще раз підтверджують, як GSE і Чумацький Шлях взаємодіяли всі ці еони років тому. Форма м'яча для американського футболу — технічно звана тривісним еліпсоїдом — відображає спостереження двох скупчень зірок у зоряному гало. Ці скупчення, імовірно, утворилися, коли GSE пройшла дві орбіти навколо Чумацького Шляху. Під час цих орбіт GSE двічі сповільнювалася в так званих апоцентрах, або найвіддаленіших точках на орбіті карликової галактики від потужнішого гравітаційного атрактора — важкого Чумацького Шляху; ці паузи призвели до додаткового скидання зірок GSE. Тим часом, нахил зоряного гало вказує на те, що GSE зіткнулася з Чумацьким Шляхом під кутом, а не прямо.

"Нахил і розподіл зірок у зоряному гало є переконливим підтвердженням того, що 7-10 мільярдів років тому наша галактика зіткнулася з іншою галактикою меншого розміру", - каже Конрой.

Примітно, що з моменту зіткнення GSE і Чумацького Шляху минуло так багато часу, що зорі гало мали б динамічно прийняти класичну, давно передбачувану сферичну форму. Той факт, що вони цього не зробили, найімовірніше, говорить про ширше галактичне гало, вважає команда. Ця структура, в якій переважає темна матерія, ймовірно сама розташована похило, і завдяки своїй гравітації вона також утримує зоряне гало в похилому положенні.

"Нахил зоряного гало наштовхує на думку, що гало з темної матерії, яке лежить в його основі, також нахилене", - каже Конрой. "Нахил гало темної матерії може мати значні наслідки для нашої здатності виявляти частинки темної матерії в лабораторіях на Землі".

Останнє зауваження Конроя відноситься до численних експериментів з виявлення темної матерії, які проводяться й плануються зараз. Ці детектори можуть збільшити свої шанси на уловлювання невловної взаємодії з темною матерією, якщо астрофізики зможуть визначити, де ця субстанція сильніше сконцентрована, кажучи галактичною мовою. Коли Земля рухатиметься Чумацьким Шляхом, вона періодично стикатиметься з цими областями щільних і високошвидкісних частинок темної матерії, що підвищить шанси на виявлення.

Відкриття найбільш правдоподібної конфігурації зоряного гало дасть змогу просунути вперед багато астрофізичних досліджень та уточнити основні деталі про наше місце у Всесвіті.

"Це такі інтуїтивно цікаві запитання про нашу галактику: "Який вигляд має галактика?" і "Який вигляд має зоряне гало?", - каже Хан. "Завдяки цьому напряму досліджень, зокрема, ми нарешті відповідаємо на ці запитання".

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.