Астрономы создали новую карту внешних границ Млечного Пути

Астрономы, использующие данные телескопов НАСА и ЕКА (Европейского космического агентства), выпустили новую карту самой удаленной области нашей галактики. Эта область, известная как галактическое гало, находится за пределами закрученных спиральных рукавов, которые образуют узнаваемый центральный диск Млечного Пути, и редко заселена звездами.

Хотя гало может казаться в основном пустым, предполагается, что оно содержит массивный резервуар темной материи, загадочного и невидимого вещества, которое, как считается, составляет основную массу всей массы Вселенной.

Данные для новой карты взяты из миссии ESA Gaia и NASA Near Earth Object Wide Field Infrared Survey Explorer, или NEOWISE. Исследование, проведенное астрономами из Центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского институтов, опубликованные в журнале Nature, используют данные, собранные космическими аппаратами в период с 2009 по 2018 годы.

На новой карте показано, как небольшая галактика под названием Большое Магелланово Облако (БМО), названная так потому, что она является большей из двух карликовых галактик, вращающихся вокруг Млечного Пути, прошла через галактическое гало Млечного Пути, создавая след в звездах позади него.

БМО находится на расстоянии около 160 000 световых лет от Земли и составляет менее четверти массы Млечного Пути. Хотя внутренние части гало были нанесены на карту с высокой степенью точности, это первая карта, которая дает аналогичную картину внешних областей гало, где обнаружен след — примерно от 200 000 световых лет до 325 000 световых лет от центра галактики.

Предыдущие исследования намекали на существование следа, но теперь карта подтверждает его присутствие и предлагает подробное представление о его форме, размере и местоположении.

Это возмущение в гало также дает астрономам возможность изучить то, что они не могут наблюдать напрямую: темную материю. Хотя она не излучает, не отражает и не поглощает свет, гравитационное влияние темной материи наблюдается по всей Вселенной. Считается, что она создает каркас, на котором построены галактики, так что без нее галактики разлетелись бы при вращении. По оценкам, темная материя встречается во Вселенной в пять раз чаще, чем вся материя, излучающая свет или взаимодействующая со светом, от звезд до планет и газовых облаков.

Хотя существует множество теорий о природе темной материи, все они указывают на то, что она должна присутствовать в гало Млечного Пути. Если это так, то, когда БМО проплыла через эту область, она также должна была оставить след в темной материи. Считается, что след, наблюдаемый на новой звездной карте, является контуром следа темной материи; звезды подобны листьям на поверхности этого невидимого океана, их положение меняется вместе с темной материей.

Взаимодействие между темной материей и Большим Магеллановым Облаком имеет большое значение для нашей галактики. Когда БМО вращается вокруг Млечного Пути, гравитация темной материи притягивает БМО и замедляет ее. Это приведет к тому, что орбита карликовой галактики будет становиться все меньше и меньше, пока галактика, наконец, не столкнется с Млечным путем примерно через 2 миллиарда лет. Эти типы слияний могут стать ключевым фактором роста массивных галактик по всей Вселенной. Фактически, астрономы считают, что Млечный Путь слился с другой маленькой галактикой около 10 миллиардов лет назад.

Авторы статьи также считают, что новая карта — наряду с дополнительными данными и теоретическим анализом — может служить проверкой для различных теорий о природе темной материи, например, состоит ли она из частиц, как и обычная материя, и каковы их свойства.

Новая карта также дает астрономам редкую возможность проверить свойства темной материи в нашей собственной галактике. В новом исследовании ученые использовали популярную теорию темной материи, называемую холодной темной материей, которая относительно хорошо соответствует наблюдаемой звездной карте. Теперь исследователи запускают моделирование с использованием различных теорий темной материи, чтобы увидеть, какая из них лучше всего соответствует следу, наблюдаемому за звездами.

«Это действительно особый набор обстоятельств, которые собрались вместе, чтобы создать этот сценарий, который позволяет нам проверить наши теории темной материи», — сказала Гуртина Бесла, соавтор исследования. «Но мы можем реализовать этот тест только с комбинацией этой новой карты и созданного нами моделирования темной материи».

Conroy, C., Naidu, R.P., Garavito-Camargo, N. et al. All-sky dynamical response of the Galactic halo to the Large Magellanic Cloud. Nature 592, 534–536 (2021). doi.org/10.1038/s41586-021-03385-7

Preprint: https://arxiv.org…9515.pdf