"Габбл" відстежив темну матерію в карликовій галактиці

Багаторічні спостереження космічного телескопа "Габбл" за карликовою галактикою Дракон допомогли визначити розподіл в ній темної матерії. Цей розподіл, як виявилося, відповідає моделям, а не попереднім телескопічним спостереженням.

Про дослідження розповідають в NASA, передають OstanniPodii.com.

Властивості та поведінка темної матерії, невидимого "клею" Всесвіту, все ще лишаються оповитими таємницею. Хоча галактики здебільшого складаються з темної матерії, розуміння того, як вона розподілена всередині них, дає підказки до розгадки того, що це за речовина та яке відношення вона має до еволюції галактик.

Хоча комп′ютерні симуляції припускають, що темна матерія повинна скупчуватися в центрі галактики, що називається перегином густини, багато попередніх телескопічних спостережень вказують на те, що натомість вона більш рівномірно розподілена по всій галактиці. Причина цієї суперечності між моделлю та спостереженнями продовжує спантеличувати астрономів, посилюючи загадку темної матерії.

Команда астрономів звернулася до космічного телескопа "Габбл", щоб спробувати прояснити цю суперечку, вимірюючи динамічні рухи зірок у карликовій галактиці Дракон -- системі, розташованій приблизно за 250 000 світлових років від Землі. Використовуючи архівні спостереження "Габбла" за галактикою Дракон, тривалістю 18 років, їм вдалося створити найточніше тривимірне розуміння руху зірок у цій карликовій галактиці.

"Наші моделі, як правило, більше узгоджуються з перегиноподібною структурою, що відповідає космологічним моделям", - каже Едуардо Вітраль з Наукового інституту космічних телескопів (STScI) в Балтиморі, провідний автор дослідження. "Хоча ми не можемо однозначно стверджувати, що всі галактики містять перегиноподібний розподіл темної матерії, дуже цікаво мати такі добре виміряні дані, які перевершують все, що ми мали раніше".

Складання діаграм руху зірок

Щоб дізнатися про темну матерію у галактиці, вчені можуть спостерігати за її зорями та їхніми рухами, в яких домінує тяжіння темної матерії. Найпоширеніший підхід до вимірювання швидкості об′єктів, що рухаються в космосі, полягає у використанні ефекту Доплера -- спостережуваної зміни довжини хвилі світла, коли зоря наближається або віддаляється від Землі. Хоча ця швидкість прямої видимості може дати цінну інформацію, з цього одновимірного джерела інформації можна почерпнути не так вже й багато.

Крім того, що зорі наближаються чи віддаляються від нас, вони також рухаються по небу, що вимірюється як їхній власний рух. Поєднавши швидкість прямої видимості з власним рухом, команда створила безпрецедентний аналіз тривимірного руху зірок.

"Покращення даних і вдосконалення моделювання зазвичай йдуть пліч-о-пліч", - пояснює Роланд ван дер Марел з STScI, співавтор статті, який ініціював це дослідження понад 10 років тому. "Якщо у вас не дуже складні дані або тільки одновимірні дані, то часто можуть підійти відносно прості моделі. Чим більше вимірів і складніших даних ви збираєте, тим складнішими мають бути ваші моделі, щоб справді врахувати всі тонкощі даних".

Науковий марафон (а не спринт)

Оскільки відомо, що карликові галактики мають більший вміст темної матерії, ніж інші типи галактик, команда зосередилася на карликовій галактиці Дракон, яка є відносно невеликим і сфероїдальним близьким супутником нашої галактики Чумацький Шлях.

"Вимірюючи власні рухи, ви фіксуєте положення зорі в одну епоху, а потім через багато років вимірюєте положення тієї ж самої зорі. Ви вимірюєте зміщення, щоб визначити, наскільки вона перемістилася", - пояснює Сангмо Тоні Сон з STScI, ще один співавтор статті, головний дослідник останньої програми спостережень. "Для такого роду спостережень, чим довше ви чекаєте, тим краще ви можете виміряти зміщення зірок".

Команда проаналізувала серію епох, що охоплюють період з 2004-го по 2022 рік, що є великою базисною лінією, яку може запропонувати лише "Габбл" завдяки поєднанню його гострого стабільного зору та рекордного часу роботи. Багатий архів даних телескопа допоміг зменшити рівень невизначеності у вимірюванні власних рухів зірок. Точність вимірювання еквівалентна вимірюванню річного зсуву трохи меншого за ширину м′яча для гольфу, який видно на Місяці з Землі.

Завдяки тривимірним даним команда зменшила кількість припущень, що застосовувалися в попередніх дослідженнях, і врахувала специфічні для галактики характеристики -- такі як її обертання, розподіл зірок і темної матерії -- у власному моделюванні.

Захопливе майбутнє

Методології та моделі, розроблені для карликової галактики Дракон, можуть бути застосовані до інших галактик у майбутньому. Команда вже аналізує спостереження "Габбла" за карликовими галактиками Скульптор і Мала Ведмедиця.

Вивчення темної матерії вимагає спостереження різних галактичних середовищ, а також передбачає співпрацю між різними місіями космічних телескопів. Зокрема, майбутній космічний телескоп НАСА "Ненсі Грейс Роман" допоможе розкрити нові деталі властивостей темної матерії в різних галактиках завдяки своїй здатності оглядати великі ділянки неба.

"Такі дослідження є довгостроковими інвестиціями та вимагають значного терпіння", - зазначив Вітраль. "Ми можемо займатися цією наукою завдяки багаторічному плануванню, яке ми робили, щоб зібрати ці дані. Інформація, яку ми зібрали, є результатом роботи великої групи дослідників, які працювали над цими питаннями протягом багатьох років".

Ці результати опубліковані в The Astrophysical Journal.