Выяснена форма звездного ореола Млечного Пути

Новое исследование показало истинную форму разреженного облака звезд, окружающего диск нашей галактики. Десятилетиями астрономы считали, что это облако звезд, называемое звездным гало (или ореолом), имеет сферическую форму, как пляжный мяч. Теперь новая модель, основанная на современных наблюдениях, показывает, что звездное гало имеет продолговатую форму и наклон, как мяч для американского футбола, который только что ударили ногой.

Об этом рассказали в Гарвард-Смитсоновском Центре астрофизики (CfA).

Выводы, опубликованные в текущем месяце в "Астрономическом журнале" ("Astronomical Journal"), дают представление во многих астрофизических областях. Например, результаты проливают свет на историю нашей галактики и ее эволюцию, а также предоставляют подсказки в продолжающейся охоте за таинственной субстанцией, известной как темная материя.

"Форма звездного гало — очень фундаментальный параметр, который мы только что измерили с большей точностью, чем это было возможно ранее", - говорит ведущий автор исследования Дживон "Джесси" Хан, аспирант CfA. "Есть много важных последствий того, что звездное гало не сферическое, а имеет форму мяча для американского футбола, мяча для регби или цеппелина — выбирайте сами!"

"В течение десятилетий общим предположением было то, что звездное гало является более или менее сферическим и изотропным, или одинаковым во всех направлениях", - добавляет соавтор исследования Чарли Конрой, советник Хана, профессор астрономии Гарвардского университета и CfA. "Теперь мы знаем, что хрестоматийная картина нашей галактики, заключенной в сферический объем звезд, должна быть отброшена".

Звездное гало Млечного Пути — это видимая часть того, что в более широком смысле называется галактическим гало. В этом галактическом ореоле преобладает невидимая темная материя, присутствие которой можно измерить только по гравитации, которую она оказывает. Как отмечают в CfA, каждая галактика имеет свой собственный ореол из темной материи. Эти ореолы служат своего рода строительными лесами, на которых висит обычная, видимая материя. В свою очередь, эта видимая материя формирует звезды и другие наблюдаемые галактические структуры. Для лучшего понимания того, как формируются и взаимодействуют галактики, а также глубинной природы темной материи, звездные гало являются, соответственно, ценными астрофизическими объектами.

"Звездное гало - это динамический датчик галактического гало", - говорит Хань. "Чтобы узнать больше о галактических гало в целом, и особенно о галактическом гало и истории нашей собственной галактики, звездное гало — отличное место для начала".

Однако изучение формы звездного гало Млечного Пути уже давно не дает астрофизикам покоя по той простой причине, что мы находимся внутри него. Звездное гало простирается на несколько сотен тысяч световых лет выше и ниже заполненной звездами плоскости нашей галактики, где расположена наша Солнечная система.

"В отличие от внешних галактик, когда мы просто смотрим на них и измеряем их гало", - говорит Хан, - "у нас нет такой аэральной, внешней перспективы гало нашей собственной галактики".

Все осложняется еще и тем, что звездное гало оказалось довольно разреженным и содержит лишь около одного процента массы всех звезд галактики. Однако впоследствии астрономам удалось идентифицировать многие тысячи звезд, населяющих это гало, которые отличаются от других звезд Млечного Пути благодаря своему химическому составу (который можно определить, изучив их звездный свет), а также по расстоянию и движению по небу. Благодаря таким исследованиям астрономы поняли, что звезды в гало распределены неравномерно. С тех пор целью стало изучение закономерностей чрезмерной плотности звезд — пространственных скоплений и потоков — для выяснения окончательного происхождения звездного гало.

Новое исследование ученых CfA и их коллег опирается на два больших набора данных, собранных в последние годы, которые позволили изучить звездное гало как никогда раньше.

Первый набор данных получен от космического аппарата Гайя (Gaia), запущенного Европейским космическим агентством в 2013 году. Гайя продолжает собирать самые точные данные о положении, движении и расстоянии миллионов звезд в Млечном Пути, включая некоторые близлежащие звезды звездного гало.

Новости по подобной теме:

		Создана самая подробная инфракрасная карта Млечного Пути
		Колебания Марса может быть признаком темной материи, говорится в исследовании
		"Уэбб" заглянул в отдаленные уголки нашей галактики

Второй набор данных получен во время H3 (Гекточель в гало с высоким разрешением), наземного исследования, проведенного в обсерватории ММТ в сотрудничестве между CfA и Аризонским университетом. H3 собрал подробные наблюдения десятков тысяч звезд звездного гало, находящихся слишком далеко, чтобы Гайя могла их оценить.

Объединение этих данных в гибкую модель, которая позволяет определить форму звездного гало на основе всех наблюдений, позволило получить явно несферическое гало — и эта форма в виде мяча для американского футбола хорошо согласуется с другими результатами, полученными на сегодняшний день. Например, эта форма независимо и твердо согласуется с ведущей теорией формирования звездного гало Млечного Пути.

Согласно этой теории, звездное гало сформировалось, когда одинокая карликовая галактика столкнулась 7-10 миллиардов лет назад с нашей большей галактикой. Та карликовая галактика забавно известна как Гайя-Саусаж-Энцелад (GSE), где "Гайя" означает вышеупомянутый космический аппарат, "Саусаж" (колбаса) — закономерность, проявляющаяся при построении данных Гайи, а "Энцелад" — гигант из греческой мифологии, которого похоронили под горой — примерно так же, как GSE была похоронена в Млечном Пути. В результате этого галактического столкновения карликовая галактика была разорвана на части, а составляющие ее звезды разлетелись в рассеянное гало. Такая история происхождения объясняет непохожесть звезд гало на звезды, родившиеся и выросшие в Млечном Пути.

Результаты исследования еще раз подтверждают, как GSE и Млечный Путь взаимодействовали все эти эоны лет назад. Форма мяча для американского футбола — технически называемая трехосным эллипсоидом — отражает наблюдения двух скоплений звезд в звездном гало. Эти скопления, предположительно, образовались, когда GSE прошла две орбиты вокруг Млечного Пути. Во время этих орбит GSE дважды замедлялась в так называемых апоцентрах, или самых отдаленных точках на орбите карликовой галактики от более мощного гравитационного аттрактора — тяжелого Млечного Пути; эти паузы привели к дополнительному сбросу звезд GSE. Между тем, наклон звездного гало указывает на то, что GSE столкнулась с Млечным Путем под углом, а не прямо.

"Наклон и распределение звезд в звездном гало является убедительным подтверждением того, что 7-10 миллиардов лет назад наша галактика столкнулась с другой галактикой меньшего размера", - говорит Конрой.

Примечательно, что с момента столкновения GSE и Млечного Пути прошло так много времени, что звезды гало должны были бы динамично принять классическую, давно предсказуемую сферическую форму. Тот факт, что они этого не сделали, вероятнее всего, говорит о более широком галактическом гало, считает команда. Эта структура, в которой преобладает темная материя, вероятно сама расположена наклонно, и благодаря своей гравитации она также удерживает звездное гало в наклонном положении.

"Наклон звездного гало наталкивает на мысль, что гало из темной материи, которое лежит в его основе, также наклонено", - говорит Конрой. "Наклон гало темной материи может иметь значительные последствия для нашей способности обнаруживать частицы темной материи в лабораториях на Земле".

Последнее замечание Конроя относится к многочисленным экспериментам по обнаружению темной материи, которые проводятся и планируются сейчас. Эти детекторы могут увеличить свои шансы на улавливание неуловимого взаимодействия с темной материей, если астрофизики смогут определить, где эта субстанция сильнее сконцентрирована, говоря галактическим языком. Когда Земля будет двигаться по Млечному Пути, она будет периодически сталкиваться с этими областями плотных и высокоскоростных частиц темной материи, что повысит шансы на обнаружение.

Открытие наиболее правдоподобной конфигурации звездного гало позволит продвинуть вперед многие астрофизические исследования и уточнить основные детали о нашем месте во Вселенной.

"Это такие интуитивно интересные вопросы о нашей галактике: "Как выглядит галактика?" и "Как выглядит звездное гало?", - говорит Хан. "Благодаря этому направлению исследований, в частности, мы наконец отвечаем на эти вопросы".

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.

• Млечный Путь
• Темная материя