Визначення маси галактики на перший погляд є майже непідйомним завданням, але науковці вважають, що воно є ключем до розкриття природи невловимої, досі не спостережуваної темної матерії і структури нашого космосу. Новий метод оцінки маси галактик обіцяє більш надійні результати, особливо, коли його застосовувати до великих наборів даних, отриманих внаслідок теперішніх та майбутніх оглядів неба.
Група дослідників, яку очолює Екта Пател (Ekta Patel) з університету Аризони, оприлюднила в Astrophysical Journal результати визначення маси нашої галактики на підставі поєднання даних про рух кількох галактик — супутників Молочного Шляху та комп’ютерного моделювання.
Визначення маси галактик має вирішальне значення для розкриття фундаментальних таємниць будови Всесвіту. Згідно з сучасними космологічними моделями, видима матерія в галактиках, тобто зорі, газ та пил, складає лише 15 відсотків їх маси. Інші 85%, як вважають астрономи, зосереджені в темній матерії, таємничому складнику галактик, якого ще ніколи не спостерігали і фізичні властивості якої досі значною мірою невідомі. Переважна більшість маси галактики (головно темна матерія) міститься в її гало — величезній зовнішній оболонці, де є небагато (якщо взагалі такі є) зір і форма якої значною мірою невідома.
У загальноприйнятій космологічній моделі, нитки темної матерії охоплюють увесь Всесвіт, притягуючи до себе світну («звичайну») матерію. Там, де вони перетинаються, газ і пил накопичуються і виникають галактики. Протягом мільярдів років невеликі галактики зливаються, що приводить до утворення великих масивних галактик. Гравітація захоплює зоопарк інших маленьких галактик, які потім стають супутниками великої галактики. Орбіти цих супутників визначає їхня галактика-«господар», так само як сила тяжіння Сонця спрямовує рух планет і тіл в Сонячній системі.
«Тепер ми знаємо, що Всесвіт розширюється, ― сказала Пател, яка закінчує аспірантуру на кафедрі астрономії університету Аризони та в обсерваторії Стюарда. «Але коли дві галактики наближаються досить близько, їх взаємне тяжіння більше, ніж вплив розширення Всесвіту, і вони починають рухатися одна навколо одної довкола одного спільного центру, як Молочний Шлях та наш найближчий сусід, Галактика Андромеди».
Неможливо «зважити» галактику просто спостерігаючи її. Ще важче це зробити, коли спостерігач міститься всередині галактики, як в нашому випадку, коли ми перебуваємо в межах Молочного Шляху. Дослідники визначають масу галактики, вивчаючи рухи небесних об’єктів, що обертаються навколо неї під дією її сили тяжіння. Такими об’єктами, яких ще називають маркерами (tracers), бо вони відслідковують масу їхньої центральної галактики, можуть бути галактики-супутники, або потоки зір, що виникли внаслідок розсіювання колишніх галактик, які надто близько містилися до великої галактики і не могли лишитися недоторканими.
Уявлення художника про те, що трапляється, коли галактика-супутник зливається зі своєю галактикою-«господарем». Ці потоки зір, що рухаються високо над Молочним Шляхом, є залишками галактик і зоряних скупчень. Упродовж мільярдів років гравітація нашої галактики розривала й розтягувала ці об’єкти. Ці потоки лежать в межах 13000 — 130000 світлових років від Землі, простягаючись над більшою частиною північного неба. Фото з сайту www.sciencedaily.com.
На відміну від попередніх методів, що часто використовують для оцінки маси галактики, наприклад, значення швидкостей та позицій маркерів, підхід, розроблений Пател та її співавторами, спирається на значення моменту імпульсу. Це дає більш надійні результати, оскільки такий параметр не змінюється з часом. Моменту імпульсу тіла в космосі залежить як від його відстані, так і від швидкості. Оскільки галактики-супутники, зазвичай, рухаються навколо Молочного Шляху по еліптичних орбітах, то їх швидкість зростає, коли вони наближаються до нашої галактики і зменшуються, коли вони віддаляються. Оскільки момент імпульсу є продуктом як положення, так і швидкості, він не змінюється, незалежно від того, чи перебуває маркер в найближчій чи найдальшій точці своєї орбіти.
«Пригадайте фігуристку, яка робить пірует, — сказала Пател. «Коли вона притискає руки до тіла, вона обертається швидше, інакше кажучи, її швидкість змінюється, але її кутовий момент залишається тим самим протягом усього періоду її дії».
Уперше дослідники використали дані про повні тривимірні рухи дев’яти з 50 відомих галактик-супутників Молочного Шляху для вимірювання моменту імпульсу кожної з них. Ці дані потім порівняли з результатами комп’ютерного моделювання в якому імітували рух 20 000 великих галактик, що нагадують нашу власну, та їхніх галактик-супутників (їх кількість становила майже 90000).
Пател з колегами підвищили масу Молочного Шляху на 0,96 трильйона сонячних мас. Попередні оцінки маси нашої галактики давали величину від 700 мільярдів до 2 трильйонів мас Сонця. Результати також підкріплюють оцінки, які вказують на те, що Галактика Андромеди (M31) більш масивна, ніж наш Молочний Шлях.
Автори планують застосувати свій метод до нових даних, які буде отримано під час поточних та майбутніх оглядів неба з допомогою, зокрема, космічного апарата «Гайя» (Gaia) та Великого синоптичного оглядового телескопа (Large Synoptic Survey Telescope, LSST).
За інф. з сайту www.sciencedaily.com.
