Молочний Шлях — це спіральна галактика з перемичкою, можливо, навіть грандіозна спіральна галактика. Ми не можемо бути впевнені в цьому, адже містимося в ній і тому нам важко скласти уявлення про її будову, щоб порівняти з іншими такими галактиками. Але одне можна сказати напевно: схожих спіральних галактик у нашій частині Всесвіту, яку астрономи називають супергалактичною площиною, небагато.
Ми можемо визначати місце предметів на Землі за допомогою компаса, широт і довгот. Але в космосі це не працює. Астрономи використовують супергалактичну систему координат, щоб описати розташування галактик.
Частиною цієї системи координат є Супергалактична площина (Supergalactic Plane, SGP), яка містить місцеву групу галактик, у якій перебуває Молочний Шлях. SGP майже перпендикулярна до площини нашої галактики.
Супергалактична площина є частиною системи відліку для місцевого Всесвіту. Це плоский величезний круг діаметром один мільярд світлових років, хоча на цьому зображенні видно лише його частину. У її центрі міститься Місцева група галактик, до якої належить Молочний Шлях. Автор зображення: Робберт Мулгуйсен (Robbert Moolhuijsen) – власна робота, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=99507637. Фото з сайту www.universetoday.com.
Точна природа Супергалактичної площини — її розміри, форма та зв’язок з іншими космологічними структурами — невідома. «Однорідний еліпсоїд не дає змоги чітко описати структуру SGP», — написала група дослідників у своїй статті 2000 року в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, додавши, що «структура змінює форму з радіусом, коливаючись між сплюснутим млинцем і гантеллю».
Але науковці знають, що SGP наповнена галактиками. Яскраві еліптичні галактики домінують у SGP, тоді як спіральні, такі як Молочний Шлях, трапляються рідко. Такий факт привернув увагу групи дослідників з Європи. Вони використовували суперкомп’ютерне моделювання, щоб спробувати оцінити населення та розподіл галактик у SGP.
Результати опубліковані в журналі Nature Astronomy в їхній статті «Distinct distributions of elliptical and disk galaxies across the Local Supercluster as a LCDM prediction» («Різні розподіли еліптичних і спіральних галактик у локальному надскупченні як прогноз LCDM»). Перший автор статті — Тілль Савала (Till Sawala) з кафедри фізики Гельсінського університету у Фінляндії. Він раніше був пов’язаний з Інститутом обчислювальної космології Даремського університету (Великобританія).
«Галактики різних типів нерівномірно розподілені в місцевому Всесвіті», — пишуть дослідники у статті. «У Супергалактичній площині видно найяскравіші еліптичні галактики, але непомітно найяскравіших спіральних галактик». Ця разюча відмінність стала основою для наукового дослідження, спрямованого на перевірку нашого розуміння того, як формуються та еволюціонують галактики, а також чи відповідає їх формування та еволюція моделі LCDM.
Вчені використали комп’ютерну програму SIBELIUS, що означає «Моделювання за межами місцевого Всесвіту» (Simulations Beyond the Local Universe), щоб дослідити природу SGP. За їхніми словами, вони мають намір «зіставити прогнози стандартної моделі лямбда-холодної темної матерії (Lambda Cold Dark Matter, LCDM) і стандартної теорії формування галактик із цими спостереженнями».
Код SIBELIUS розроблено для того, щоб «приєднати» Місцеву групу галактик до її космічного середовища.
Це приклад одного кадру із симуляції SIBELIUS (він не є частиною статті науковців). Зображення показує, як симуляція може створювати галактики, що є аналогами Молочного Шляху та M31. Автор зображення: Till Sawala/SIBELIUS. Фото з сайту www.universetoday.com.
Однією з сильних сторін SIBELIUS є те, що він показує, як невеликі збурення можуть змінити масштабні результати. Попереднє моделювання SIBELIUS показало, що присутність Великої Магелланової Хмари впливає на те, як Молочний Шлях і Андромеди (M31) обертаються один навколо одного як подвійна пара галактик. Але це лише деяке пояснення нового дослідження.
SIBELIUS може моделювати Всесвіт від його народження понад 13 мільярдів років тому до теперішнього часу. У цих нових симуляціях Савала та його колеги виявили, що розподіл еліптичних і спіральних галактик відбувається через різні умови всередині та поза SGP. Всередині галактики розташовані щільніше, а за межами SGP їх щільність нижча.
Усередині SGP галактики частіше взаємодіють і зливаються одна з одною. Ці взаємодії перетворюють прекрасні спіралі, такі як Молочний Шлях, на еліптичні, які головно є еліпсами або сферами без помітних рукавів. Але за межами SGP галактики взаємодіють рідше. Тож Молочний Шлях та інші подібні можуть зберігати свою форму.
«Ми виявили, що SIBELIUS DARK відтворює просторовий розподіл спіральних і еліптичних тіл і, зокрема, спостережуваний надлишок масивних еліптичних тіл поблизу супергалактичного екватора», — пишуть дослідники.
Ці рисунки з дослідження ілюструють деякі висновки наукової групи. Вони показують розподіл наймасивніших спіралей (ліворуч), проміжних (у центрі) та еліптичних галактик (праворуч). Темні та світлі цятки позначають окремі галактики, які лежать усередині та поза цим регіоном відповідно, а відсотки у верхньому правому куті кожної панелі вказують на їх відносну кількість. SIBELIUS показує, що 72% наймасивніших спіральних галактик, таких як Молочний Шлях, містяться за межами SGP, тоді як 57% наймасивніших еліптичних галактик лежать всередині SGP. Авторські права на зображення: Sawala та ін. 2023 рік. Фото з сайту www.universetoday.com.
Результати SIBELIUS відповідають спостереженням, що допомагає підтвердити його корисність. «Ця різниця в масі узгоджується зі спостережними дослідженнями галактик у місцевому Всесвіті, які також виявили, що наймасивніші галактики переважно еліптичні», — пишуть Савала та його колеги у статті.
Щоб вирости великими, таким спіральним галактикам, як Молочний Шлях, потрібен запас газу та мінімальна взаємодія з іншими галактиками. Таке середовище є за межами Супергалактичної площини. «Ми робимо висновок, що середовище, яке переважає в супергалактичній площині, перешкоджає умовам, потрібним для формування масивного диска: спокійна історія злиття та постійна подача холодного газу», — пояснюють автори.
Отже, що ці результати говорять нам про лямбда-модель холодної темної матерії (LCDM)? Ця модель є нині прийнятою в науці стандартною моделлю космології. Вона вказує на те, що 27% Всесвіту становить темна матерія, тоді як 68% — темна енергія, і лише 5% — це баріонна матерія, або звичайна матерія, з якої складаються зорі, планети і навіть ми. Слово холодна означає те, що темна матерія рухається набагато повільніше, ніж швидкість світла. Водночас слово темна означає той факт, що вона майже не взаємодіє зі звичайною матерією чи електромагнітною енергією.
За словами Савала та його співавторів, ці результати допомагають підтвердити модель (LCDM. Це тому, що SIBELIUS базується на нашому розумінні Всесвіту, яке включає і модель LCDM. Отже, якщо комп’ютерна програма відтворює те, що ми бачимо, це допомагає підтвердити CDM.
«Дивно різні розподіли яскравих еліптичних і спіральних галактик відносно Супергалактичної площини не вимагають фізики, окрім стандартної моделі», — пишуть вони. Натомість розподіли щодо SGP «виникають природним чином у структурі Lambda CDM». Розподіл є частиною стандартної моделі формування та еволюції галактик.
Для нас немає великої різниці, живемо ми в спіральній (дисковій) галактиці чи в еліптичній. Але вивчення того, як наш тип галактики вписується у природне середовище, варто дослідити. Ці результати посилюють і без того вагомі аргументи на користь лямбда-моделі CDM.
А тепер, нам тільки треба зуміти з’ясувати, що таке темна матерія насправді.
За інф. з сайту www.universetoday.com
