Так само, як у Сонця є планети, а у планет — супутники, наша галактика має галактики-супутники, а деякі з них можуть мати свої, менших розмірів, галактики-супутники. Наприклад, Велика Магелланова Хмара (Large Magellanic Cloud, LMC) — найбільший супутник Молочного Шляху, який видно на небі Південної півкулі, уперше наблизившись до нашої галактики, «доставила» до неї щонайменше шість своїх галактик-супутників. На це вказують спостережні дані, виконані за допомогою зонда «Гайя» (Gaia) Європейського космічного агентства.

Астрофізики вважають, що темна матерія відповідає за більшу частину цієї структури. Тому дослідники з Національної прискорювальної лабораторії SLAC (SLAC National Accelerator Laboratory) Міністерства енергетики та Огляду темної енергії (Dark Energy Survey, DES) виконали спостереження слабких галактик навколо Молочного Шляху, щоб встановити більш жорсткі обмеження між розмірами і будовою галактик та гало темної матерії, що їх оточують. Водночас вони виявили нові докази існування галактик-супутників LMC і зробили нове передбачення: якщо моделі науковців правильні, то в Молочного Шляху має бути ще 150, а то й більше, дуже слабких галактик-супутників. Їх, можливо, вдасться відкрити за допомогою нових великих телескопів, таких як Обсерваторія Віри С. Рубін.

Нове дослідження, результати якого оприлюднить Astrophysical Journal, є частиною більш великих зусиль, щоб зрозуміти поведінку темної матерії на масштабах, менших за нашу галактику, — сказав Етан Надлер (Ethan Nadler), перший автор дослідження, аспірант Інституту астрофізики та космології частинок Кавлі (Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, KIPAC) та Стенфордського університету.

«Ми дуже добре знаємо деякі речі про темну матерію — скільки її є і як вона розподілена у просторі, — але всі ці знання стосуються масштабів, більших за розмір нашої Місцевої групи галактик», — сказав Надлер. «Тому питання зводиться до того, чи відповідає все це для найменших масштабів, які ми можемо виміряти?»

Світлі галактики на тлі темної матерії

Астрономи давно знають, що Молочний Шлях має галактики-супутники, зокрема Велику Магелланову Хмару, яку можна побачити неозброєним оком у Південній півкулі. До 2000 року науковці вважали, що кількість таких супутників становить близько десятка. Але від початку ХХІ ст. завдяки Слоанівському цифровому огляду неба (Sloan Digital Sky Survey) та більш пізнім проектам, зокрема Огляду темної енергії, кількість відомих галактик-супутників зросла приблизно до 60.

Такі відкриття завжди захоплюють, але найбільше, мабуть, хвилює те, що саме такі дані можуть нам сказати про космос. «Вперше ми можемо шукати ці галактики-супутники на ділянках приблизно в три чверті неба. Це справді важливо для кількох різних способів пошуків темної матерії та утворення галактик», — сказала Різа Векслер (Risa Wechsler), директор KIPAC. Наприклад, торік Векслер, Надлер і його колеги використовували дані про галактики-супутники та результати комп’ютерного моделювання, щоб встановити набагато більш жорсткі межі взаємодії темної матерії зі звичайною речовиною.

Тепер Векслер, Надлер та команда DES використовують дані з всебічного огляду більшої частини неба, щоб з’ясувати різні питання, зокрема, скільки темної речовини потрібно для формування галактики, яку кількість галактик-супутників ми можемо знайти навколо Молочного Шлях і чи можуть ці галактики вивести свої супутники на орбіту навколо нашої — головне передбачення найпопулярнішої моделі темної речовини.

Натяки на галактичну ієрархію

Можливість виявлення ієрархії галактик-супутників уперше з’явилася через кілька років після того, як DES виявив більше галактик-супутників біля Великої Магелланової Хмари, ніж можна було б очікувати, якби ці супутники були випадковим чином розподілені по небу. Ці спостереження є особливо цікавими, сказав Надлер, оскільки вимірювання «Гайя» вказують на те, що шість із цих галактик-супутників потрапили в Молочний Шлях з LMC.

Щоб докладніше вивчити супутники LMC, Надлер та його команда проаналізували результати комп’ютерного моделювання мільйонів імовірних (припустимих) всесвітів. Ці моделювання, які спочатку очолював колишній аспірант Вексслер Яо-Юань Мао (Yao-Yuan Mao), демонструють процес формування структури темної матерії, що пронизує Молочний Шлях. Вони містять такі деталі, як дрібні скупчення темної речовини в Молочному Шляху, що, як очікують, вміщуватимуть галактики-супутники. Щоб з’ясувати вплив темної матерії на процес утворення галактик, дослідники використовували гнучку модель, яка дозволяє їм враховувати невизначеності в поточному розумінні утворення галактик, зокрема взаємозв’язок між яскравістю галактик і масою скупчень темної матерії, в межах яких вони утворюються.

Моделювання формування структур темної матерії від раннього Всесвіту до сьогодні. Гравітація змушує темну матерію збиватися в густі гало, позначені яскравими ділянками, де утворюються галактики. Приблизно через 18 секунд після початку моделювання в центральній верхній частині кадру починає утворюватися гало, подібне до того, що вміщує Молочний Шлях. Незабаром починає формуватися менше гало, що потрапляє в перше, більше, приблизно на 35 секунд, імітуючи потрапляння Великої Магелланової Хмари в Молочний Шлях. Дослідники SLAC та Стенфордського університету, разом з науковцями, які виконують Огляд темної енергії, використовували такі імітації, щоб краще зрозуміти зв’язок між темною матерією та утворенням галактик. Відео з сайту SLAC National Accelerator Laboratory.

Інші науковці, які виконують проект DES, зробили найважливіший останній крок: вони створили модель, що дозволяє прогнозувати, де найімовірніше можна побачити галактики-супутники під час поточних досліджень. Йдеться про положення цих об’єктів на небесній сфері, а також їх яскравість, розмір та відстань до них.

Результати моделювання, за словами Надлера, узгоджуються зі спостереженнями «Гайя». Зокрема шість галактик-супутників із моделі мають приблизно ті ж небесні координати, що й галактики, які раніше спостерігали астрономи. Моделювання також вказує на те, що LMC вперше наблизилася до Молочного Шляху приблизно 2,2 мільярда років тому, що відповідає високоточним вимірюванням руху Великої Магелланової Хмари, виконаних за допомогою Космічного телескопа імені Габбла.

Ще небачені галактики

Окрім висновків щодо LMC, науковці також встановила обмеження на зв’язок гало темної матерії та структури галактики. Наприклад, в моделях, які найбільше відповідають реальному Молочному Шляху та LMC, найменші галактики, які астрономи могли б нині спостерігати, повинні мати таку кількість зір, що їхня загальна маса не перевищує ста мас Сонця, але натомість темної матерії в них має бути приблизно в мільйон разів більше. Згідно з екстраполяцією моделі, найменші галактики, які коли-небудь можна було б спостерігати, могли утворюватися в гало з масою у сто разів меншою.

Відкриттів може бути ще більше: якщо моделювання правильне, то, за словами Надлера, навколо Молочного Шляху існує близько 100 галактик-супутників. Це більше ніж удвічі перевищує кількість тих, які вже виявлені. Відкриття цих галактик допоможе підтвердити модель дослідників про зв’язки між темною матерією та утворенням галактик, і, ймовірно, поставить більш жорсткі обмеження щодо природи темної матерії.

За інф. з сайту www.sciencedaily.com