Дані, отримані завдяки виконанню Європейським космічним агентством місії Gaia («Гайя»), дають астрономам підстави переписувати історію нашої галактики Молочний Шлях. Ті небесні об’єкти, які науковці традиційно вважали галактиками-супутниками Молочного Шляху, насправді є, головно, новоприбулими в середовищі нашої галактики.

Карликова галактика — це сукупність від тисячі до кількох мільярдів зір. Протягом десятиліть а астрономії домінували погляди, що карликові галактики, які оточують Молочний Шлях, є його супутниками, тобто вони містяться на орбіті навколо нашої галактики і супроводжували її постійно протягом багатьох мільярдів років. Тепер рух цих карликових галактик обчислено з безпрецедентною точністю завдяки даним з третього випуску даних «Гайя», і отримано разючі результати.

Франсуа Гаммер (François Hammer) з Паризької обсерваторії, що входить до складу Паризького університету науки і літератури (Франція), та його колеги з Європи і Китаю використали дані Gaia для встановлення руху 40 карликових галактик навколо Молочного Шляху. Вони зробили це, обчисливши набір величин, відомих як просторові швидкості (власний рух — Ред.) для кожної галактики. Отримавши значення просторової швидкості, наковці використали їх для обчислення орбітальної енергії (кінетичної) галактики та кутового (обертального) моменту (інакше моменту імпульсу — Ред.).

Такі обчислення дали змогу виявити: ці галактики рухаються набагато швидше, ніж масивні зорі та зоряні скупчення, що, як відомо, обертаються навколо Молочного Шляху. Швидкості такі великі, що ці об’єкти не могли перебувати на орбіті навколо Галактики, де взаємодія з нею призвела б до втрати їх орбітальної енергії та моменту імпульсу.

Карликові галактики навколо Молочного Шляху. Біля нашої галактики міститься близько п’ятдесяти карликових галактик. Більшість із цих галактик можна побачити лише за допомогою телескопів. Їх назвали на честь сузір’я в напрямку якого ці галактики лежать на небесній сфері (наприклад, Дракон, Скульптор або Лев). Однак дві найбільш явні карликові галактики називані Великою Магеллановою Хмарою і Малою Магеллановою Хмарою, і вони легко помітні неозброєним оком. Ці карликові галактики астрономи традиційно вважали супутниками Молочного Шляху, тобто об’єктами, що перебувають на його орбіті протягом багатьох мільярдів років. Тепер, однак, нові дані, отримані за допомогою космічного зонда Європейського космічного агентства Gaia «Гайя», показали — більшість карликових галактик вперше проходять повз Молочний Шлях. Це змушує астрономів переглянути історію Молочного Шляху, зокрема те, як він утворився, а також природу та склад карликових галактик. Фото з сайту www.esa.int.

Наша галактика в минулому знищила низку карликових галактик. Наприклад, 8—10 мільярдів років тому Молочний Шлях поглинув карликову галактику під назвою Гея-Енцелад. Її зорі були ідентифіковані в даних Gaia через ексцентричні орбіти та діапазон їхніх орбітальних енергій.

Зовсім недавно, 4—5 мільярдів років тому, карликова галактика Стрільця була захоплена Молочним Шляхом і нині перебуває у процесі розриву та асиміляції. Енергія руху її зір вища, ніж у Геї-Енцелада, що вказує на менший час, протягом якого вони піддавалися впливу Молочного Шляху. Для карликових галактик, розглянутих у новому дослідженні, енергія ще вища. Це впевнено свідчить про те, що вони прибули до нашої галактики лише за останні кілька мільярдів років.

Відкриття підтверджує те, що вже з’ясовано про Велику Магелланову Хмару (ВМХ), найбільшу карликову галактику в околі Молочного Шляху. Вона лежить так близько до нашої галактики, що її видно у вигляді світлої плями на нічному небі з південної півкулі. ВМХ також вважали галактикою-супутником Молочного Шляху до 2000-х років, коли астрономи виміряли її швидкість і виявили, що вона рухається занадто швидко, щоб бути гравітаційно пов’язаною з Галактикою. Вона вперше проходить повз Молочний Шлях і її не слід класифікувати як його супутника. Тепер ми знаємо, що те саме стосується більшості карликових галактик.

Тож ці прибульці оселяться на орбіті чи просто пройдуть повз нас? «Деякі з них будуть захоплені Молочним Шляхом і стануть супутниками», — зазначив Франсуа Гаммер. Але сказати, які саме з них, важко, оскільки це залежить від точної маси Молочного Шляху, а це величина, яку астрономам важко обчислити з високою точністю. Оцінки різняться удвічі.

Встановлення кінетичної енергії карликових галактик є значущим результатом, бо змушує астрономів переосмислити природу карликових галактик. Коли карликова галактика обертається по орбіті, сила тяжіння Молочного Шляху намагається розірвати її. У фізиці ця взаємодія відома як припливна сила. «Молочний Шлях — велика галактика, тому його припливна сила просто величезна, і може дуже легко знищити карликову галактику, можливо, після одного-двох проходів», — говорить Франсуа.

Іншими словами, стати супутником Молочного Шляху — це смертний вирок для карликових галактик. Єдине, що могло б протистояти руйнівному захопленню нашою галактикою, це якщо б у карлика була значна кількість темної матерії. Темна матерія — це таємнича матерія, яка, на думку астрономів, існує у Всесвіті, щоб забезпечити додаткову гравітацію для утримання окремих галактик разом.

Отже, традиційний погляд, що карликові галактики біля Молочного Шляху — це галактики-супутники, які перебувають на його орбіті багато мільярдів років, передбачає: в них має домінувати темна матерія, щоб збалансувати припливну силу Галактики та зберегти їх недоторканими. Той факт, виявлений завдяки «Гейя», що більшість карликових галактик вперше обертаються навколо Молочного Шляху, означає — вони не обов’язково мають містити будь-яку темну матерію. Астрономам треба повторно оцінити, чи перебувають ці системи в гравітаційній рівновазі з Галактикою чи, радше, зазнають руйнування.

«Головно завдяки Gaia, тепер очевидно, що історія Молочного Шляху — це набагато більше подій, ніж раніше уявляли астрономи. Досліджуючи ці приголомшливі підказки, ми сподіваємося ще більше розкрити захопливі епізоди минулого нашої галактики», — сказав Тімо Прусті (Timo Prusti), науковець проєкту Gaia з Європейського космічного агентства.

У дослідженні, виконаному групою Франсуа Гаммера, науковці використали дані з Gaia Early Data Release 3, який був випущений 3 грудня 2020 року. Повний третій випуск даних заплановано на другий квартал 2022 року. Результати науковців оприлюднив The Astrophysical Journal.

За інф. з сайту www.esa.int