Звездные потоки могут быть неровными не из‑за темной материи, а из‑за неоднородностей самой Галактики

Исследователи из Вашингтонского университета под руководством Арпита Ароры и Норы Шипп провели компьютерное моделирование и выяснили, что большинство неровностей в звездных потоках Млечного Пути возникают не из-за темной материи, а из-за неоднородностей самой галактики. Результаты работы опубликованы в The Astrophysical Journal, и основаны на данных симуляций FIRE-2, а также подготовлены к сопоставлению с будущими наблюдениями телескопа Веры Рубин.

В нашей галактике большинство звезд лежит в плоском диске, но за его пределами кипит настоящая гравитационная кухня. Там, на галактической периферии, движутся вытянутые звездные вереницы, так называемые звездные потоки. Они рождаются, когда какое-нибудь звездное скопление слишком близко подходит к Млечному Пути и оказывается разорванным его притяжением. Со временем эти осколки растягиваются в длинные тонкие нити, которые опоясывают галактику, словно планеты Солнце.

Астрономы давно надеялись использовать эти потоки как своеобразные детекторы темной материи. Теоретически в галактике должны плавать небольшие сгустки темного вещества — субгало. Они невидимы, но своей гравитацией могут толкать звезды в потоках, создавая разрывы, изгибы и сгущения. Если научиться читать эти искажения, можно было бы понять, как устроена темная материя. Однако новое исследование заставляет пересмотреть эту картину.

Ученые решили проверить, а не сама ли галактика меняет форму потоков. Они создали четыре виртуальные копии Млечного Пути, но начисто лишили их каких-либо сгустков темной материи. Затем они запустили в каждую такую галактику почти 15 тысяч искусственных звездных потоков и проследили за их судьбой на протяжении пяти миллиардов лет. К их удивлению, почти все потоки стали неровными. Они гнулись, ломались, ветвились, а иногда и полностью разрывались на части.

Причина крылась в самом устройстве галактического диска. В реальных галактиках звезды распределены не идеально равномерно, там есть области «погуще или пожиже». Эти неоднородности создают неровное гравитационное поле. Когда поток звезд проходит через более плотный участок, его начинает искривлять, а на выходе он уже не похож на ровную струну. Из 15 тысяч смоделированных потоков идеально гладкими остались только 70. Остальные обзавелись теми же самыми изломами и пробелами, которые раньше приписывали темной материи.

Особенно сильно страдают потоки, которые вращаются близко к центру галактики, там плотность выше и гравитационный рельеф более бугристый. А вот потоки на далеких круговых орбитах, за 20 тысяч световых лет от центра, сохраняют почти идеальную гладкость. Этот результат не обескуражил команду ученых, а, напротив, обрадовал. Теперь у них есть четкий эталон: они знают, какие искажения может создать сама галактика, и могут вычесть их из реальных наблюдений. Оставшиеся аномалии уже будут с большой вероятностью принадлежать темной материи.

Следующий шаг — добавить в симуляции те самые субгало и посмотреть, создают ли они узоры, отличные от «галактических». Кроме того, в ближайшие годы новые телескопы, включая обсерваторию Веры Рубин, откроют сотни новых потоков. Это позволит составить настоящую библиотеку их форм и, возможно, наконец отделить гравитационные следы темной материи от неровностей самого Млечного Пути.

В итоге исследование показало, что звездные потоки по природе своей совсем не гладкие, они изгибаются и рвутся под влиянием самой галактики, без всякой темной материи. Это не опровергает существование темной материи, но заставляет астрономов быть осторожнее в интерпретации наблюдений. Теперь, зная «почерк» галактики, ученые смогут точнее искать настоящие следы невидимого вещества. И хотя волшебного ключа к тайнам темной материи пока нет, звездные потоки остаются многообещающим инструментом для их разгадки.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях