Китайские ученые доказали связь вращения звездных систем с первозданными силами тяготения

Китайские астрофизики под руководством Мин-Цзе Шэна из Сямэньского университета обнаружили, что вращение современных галактик напрямую связано с гравитационными эффектами, действовавшими в ранней Вселенной еще до их формирования. Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy и впервые подтверждает теорию приливного момента на статистически значимом уровне, используя реконструкцию первозданного распределения материи.

Вращение галактик это одна из фундаментальных характеристик, определяющих их внешний вид, размер и внутреннее движение звезд и газа. Однако долгое время астрономы не могли точно объяснить, откуда у галактик берется это вращение. Одна из ведущих гипотез, теория приливного момента, утверждает, что источник вращения лежит в самом начале космической истории.

Согласно этой идее, еще до того, как первые галактики сформировались, в первичном газе и темной материи возникали слабые неоднородности — участки чуть более плотные, чем окружающее пространство. Если такой участок имел вытянутую форму, то гравитация соседних массивных областей действовала на его ближний конец сильнее, чем на дальний. Эта разница сил создавала вращающий момент, который сохранялся по мере сжатия вещества и в конечном итоге передавался рождающейся галактике. Теория красива и логична, но до недавнего времени у нее не было надежных наблюдательных подтверждений.

Чтобы проверить эту гипотезу, команда Мин-Цзе Шэна применила нестандартный подход. Вместо того чтобы наблюдать раннюю Вселенную напрямую (что крайне сложно), они использовали проект ELUCID, который позволяет реконструировать первоначальное распределение материи по современному положению галактик. Это похоже на то, как по разбросанным деталям пазла можно восстановить исходную картинку.

Ученые вычислили, какими должны были быть приливные силы в далеком прошлом, и предсказали, в каком направлении должны вращаться галактики, если теория верна. Затем они сопоставили эти предсказания с реальными измерениями вращения, полученными с помощью инструментов, фиксирующих движение газа и звезд в сотнях близлежащих галактик.

Самое интересное проявилось, когда исследователи сосредоточились на массивных эллиптических галактиках. Оказалось, что направление вращения газа в этих гигантских системах очень точно совпадает с тем, что предсказывают первозданные приливные силы.

Статистический анализ показал, что вероятность случайного совпадения ничтожно мала: уровень достоверности превышает семь сигм, что в науке считается железным доказательством. Это означает, что вращение газовой составляющей действительно несет отпечаток тех гравитационных взаимодействий, которые происходили, когда Вселенной было всего несколько сотен тысяч лет.

Важно подчеркнуть, что не все галактики демонстрируют такую четкую связь. У многих из них вращение сильно искажено последующими слияниями с соседями, перераспределением вещества или турбулентными процессами внутри самих систем. Поэтому нельзя сказать, что вращение каждой галактики полностью предопределено с момента рождения. Однако сам факт наличия устойчивой корреляции для целого класса объектов — крупных эллиптических галактик, убедительно говорит о том, что теория приливного момента работает как минимум для значительной части галактических популяций.

Помимо того, что это открытие проясняет механизм формирования галактик, оно открывает неожиданную практическую перспективу. Дело в том, что первичные приливные силы зависят не только от плотности вещества, но и от таких тонких космических параметров, как масса нейтрино и свойств темной материи. Если ученые научатся точнее считывать эту «первозданную подпись» по вращению современных галактик, то смогут измерять величины, которые сейчас почти недоступны для прямых наблюдений. Таким образом, изучение галактического вращения может стать новым окном в физику ранней Вселенной и элементарных частиц.

В результате работа китайской группы впервые на статистически надежном уровне подтверждает, что вращение массивных эллиптических галактик действительно унаследовано от гравитационных приливов в младенчестве Вселенной. Хотя многие галактики со временем «забывают» свои истоки из-за хаотичных слияний, для определенного класса систем эта связь сохраняется. Этот результат не только укрепляет теорию приливного момента, но и предлагает астрономам новый инструмент для изучения скрытых свойств космоса, включая массу нейтрино, по сути, превращая галактики в гигантские детекторы, чувствительные к событиям, произошедшим за миллиарды лет до их появления.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях