Дослідження ставить питання щодо темної матерії в карликових галактиках навколо Чумацького Шляху

Вважається, що карликові галактики, які є супутниками нашого Чумацького Шляху, живуть довго через величезну кількість темної матерії у них. Проте в новому дослідженні виявлено ознаки того, що більшість карликових галактик насправді може бути знищено незабаром після їхнього входження в гало нашої галактики.

Про це розповідають в Потсдамському інституті астрофізики імені Лейбніца, передають OstanniPodii.com.

Робота, проведена міжнародною групою дослідників, ґрунтується на останньому каталозі від космічного телескопа Gaia та опублікована в журналі "Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства".

Дослідження відкриває важливі питання до стандартної моделі космології, зокрема, до поширеності темної матерії в нашому найближчому оточенні.

Не стародавні супутники

Тривалий час припускали, що карликові галактики навколо Чумацького Шляху є стародавніми супутниками, що обертаються навколо нашої галактики впродовж майже 10 млрд років. Це вимагало наявності в них величезної кількості темної матерії, що захищає їх від величезного приливного ефекту, викликаного гравітаційним тяжінням нашої галактики. Передбачалося, що темна матерія є причиною спостережуваних великих відмінностей у швидкостях зір у цих карликових галактиках.

Останні дані Gaia дали змогу отримати зовсім інший погляд на властивості карликових галактик.

Астрономи з Паризької обсерваторії-PSL, Національного центру наукових досліджень (CNRS) і Потсдамського інституту астрофізики змогли визначити історію Чумацького Шляху завдяки залежності, що пов′язує орбітальну енергію об′єкта з епохою його входження в гало -- часом, коли його вперше захопило гравітаційним полем Чумацького Шляху: об′єкти, які прибули в гало раніше, коли Чумацький Шлях був менш масивним, мають нижчу орбітальну енергію, ніж ті, які прибули недавно.

Енергія орбіти більшості карликових галактик напрочуд істотно більша, ніж у карликової галактики Стрільця, яка потрапила в гало 5-6 млрд років тому. Це означає, що більшість карликових галактик з′явилася набагато пізніше, менш як трьох мільярдів років тому.

Настільки недавня поява припускає, що довколишні карлики прийшли з-за меж гало, де майже всі карликові галактики, за спостереженнями, містять величезні запаси нейтрального газу. Багаті газом галактики втратили свій газ під час зіткнення з гарячим газом галактичного гало. Сильні удари й турбулентність, що виникли при цьому, повністю змінили карликові галактики.

Якщо раніше у багатих газом карликових галактиках домінувало обертання газу та зірок, то після перетворення їх на безгазові системи їхня гравітація врівноважується випадковими рухами зірок, що залишилися.

Карликові галактики втрачають свій газ унаслідок настільки бурхливого процесу, що це виводить їх з рівноваги, а отже, швидкість руху їхніх зір більше не відповідає їхньому гравітаційному прискоренню. Комбінований ефект втрати газу та гравітаційних ударів, викликаних зануренням у галактику, добре пояснює розкид швидкостей зір у залишку карликової галактики.

Зображення із симуляції перетворення багатої на газ галактики, в якій домінує обертання, на сферичну карликову галактику. Тут показано аналог карликової галактики Скульптор. Credit: Jianling Wang, François Hammer

Роль темної матерії

Одним із цікавих моментів цього дослідження є роль темної матерії.

По-перше, відсутність рівноваги не дає змоги оцінити динамічну масу карликів Чумацького Шляху та вміст у них темної матерії.

По-друге, якщо в попередньому сценарії темна матерія захищала передбачувану стабільність карликових галактик, то для об′єктів, які виходять з рівноваги, посилатися на темну матерію стає досить незручно. Справді, якби карлик уже містив багато темної матерії, то вона мала б стабілізувати його первісний обертовий диск зірок, запобігши перетворенню карлика на галактику з випадковими рухами зірок, як це спостерігається.

Описана недавність появи карликових галактик та їхня трансформація в гало добре пояснює багато спостережуваних властивостей цих об′єктів, зокрема, чому вони мають зорі на великих відстанях від свого центру. Їхні властивості здаються сумісними з відсутністю темної матерії, що суперечить колишнім уявленням про карликові галактики як про об′єкти з найбільшим переважанням темної матерії.

Тепер виникає безліч питань, таких як: де знаходиться безліч карликових галактик з переважанням темної матерії, які, згідно зі стандартною моделлю космології, розташовуються навколо Чумацького Шляху? Як можна визначити вміст темної матерії в карликовій галактиці, якщо не можна припустити її рівновагу? Які ще спостереження могли б відрізнити передбачувані карликові галактики, що перебувають поза рівновагою, від класичної картини з карликами, у яких домінує темна матерія?