Связь между образованием групп галактик и темной материей
Ведущая модель для темной материи состоит в том, что ее элементарная частица была сформирована в ранней Вселенной.
Мы живем в большой галактике. Млечный Путь настолько велик, что имеет спутниковые галактики, которые вращаются вокруг него, так же, как Луна вращается вокруг Земли. Эти особенности многое рассказывают о секретах вселенной — от того, как образуются галактики, до таинственной природы темной материи.
Два новых исследования выявили больше информации об этих спутниковых галактиках вокруг Млечного пути, включая доказательства того, что большие спутниковые галактики могут «брать» с собой свои собственные маленькие спутники, когда они выходят на орбиту вокруг Млечного пути.
Ученые также извлекли информацию о гало темной материи, которая окружают эти галактики, а также сделали предсказание, что наша домашняя галактика должна иметь дополнительные 100 или около того очень слабых спутниковых галактик, ожидающих своего открытия.
Астрономы давно знают, что в Млечном Пути есть спутниковые галактики, в том числе Большое Магелланово Облако, которое можно наблюдать невооруженным глазом в южном полушарии, но благодаря исследованиям с современными телескопами список известных галактик-спутников увеличился примерно до 60 за последние два десятилетия.
Эти галактики много говорят нам о вселенной, в том числе о том, сколько темной материи требуется для формирования галактики, сколько спутниковых галактик мы можем найти вокруг Млечного пути, и могут ли галактики выводить свои собственные спутники на орбиту вокруг нашей собственной галактики — ключевой прогноз самой популярной модели темной материи.
«Мы хотели точно ответить на вопрос: Какова самая слабая галактика, которую могут обнаружить наши телескопы?» — говорят исследователи.
Чтобы ответить на этот вопрос, они смоделировали более миллиона небольших спутниковых галактик, включили их в большие наборы астрономических данных и использовали свои алгоритмы поиска, чтобы попытаться повторно извлечь их.
Это позволило определить, какие галактики можно обнаружить, а какие были слишком слабыми для современных телескопов. Затем ученые объединили эту информацию с численным моделированием скопления темной материи, чтобы предсказать общую популяцию спутников вокруг Млечного пути (включая как те, которые мы видим, так и те, которые мы не можем видеть).
Результатом было предсказание, что еще около 100 галактик должны быть обнаружены на орбите вокруг Млечного Пути. Если будут обнаружены «недостающие» 100 галактик, это поможет подтвердить модель исследователей, связывающую темную материю и образование галактик.
«Одна из самых захватывающих вещей в нашей работе — то, что мы сможем использовать измерения спутниковых галактик, чтобы понять микроскопические свойства темной материи», — говорят исследователи.
Ведущая модель для темной материи состоит в том, что ее элементарная частица была сформирована в ранней Вселенной. Если бы частицы темной материи были очень легкими, они могли бы иметь очень высокую скорость, что затрудняло бы слипание темной материи и формирование галактик, которые мы видим сегодня.
Таким образом, наблюдая большое количество маленьких галактик, можно установить более низкий предел того, сколько массы может иметь частица темной материи, считают ученые.
Иными словами, природа частиц темной материи может иметь наблюдаемые последствия для галактик, которые мы видим.
A. Drlica-Wagner et al. Milky Way Satellite Census. I. The Observational Selection Function for Milky Way Satellites in DES Y3 and Pan-STARRS DR1, The Astrophysical Journal (2020). DOI: 10.3847/1538-4357/ab7eb9
E. O. Nadler et al. Milky Way Satellite Census. II. Galaxy–Halo Connection Constraints Including the Impact of the Large Magellanic Cloud, The Astrophysical Journal (2020). DOI: 10.3847/1538-4357/ab846a