В нашей галактикe есть призраки. Теперь астрономы нашли способ их обнаружить.
Ана Бонака (Центр астрофизики, Гарвард и Смитсоновский институт) объявила 11 июня на собрании Американского астрономического общества в Сент-Луисе, что она и ее коллеги обнаружили доказательства скопления темной материи на окраине Млечного пути. Если их результат окажется удачным, он поможет астрономам понять природу темной материи. Большая часть вселенной невидима: темная материя обеспечивает гравитационную силу, которая удерживает вместе галактики и скопления галактик, формируя крупномасштабную космическую структуру. Фактически, многие космологические симуляции, прослеживающие историю нашей вселенной, сосредоточены исключительно на темной материи, которая на ранних этапах объединяется. Эти массивные гало темной материи притягивают обычную материю, которая объединяется в звезды, галактики и скопления.
Но не каждый шарик темной материи содержит галактику. В благоприятном сценарии темной материи, где частицы являются довольно массивными (известными как холодная темная материя), образуется много более мелких комков. Темные капли с менее чем 10 миллионами солнечных масс не привлекли бы достаточного количества обычной материи. Единственный способ увидеть их - это их гравитационные эффекты. Это то, что Бонака и его коллеги намеревались сделать, когда выслеживали звезды, принадлежащие потоку звезд, названному GD-1.
Древнее шаровое скопление и ее потерянные «жемчужины»
Раньше GD-1 был шаровым скоплением, одним из более чем 160 плотно упакованных сфер звезд, которые вращаются вокруг Млечного Пути. Время от времени один из этих скоплений слишком близко приближается к галактическому центру и группа разрывается. Начиная с 3 миллиардов лет назад, приливные эффекты начали вытягивать звезды из GD-1. Теперь они создают звездный поток длиной 30 000 световых лет, напоминающий нить жемчуга.
Но оказывается, что некоторые из этих жемчужин отсутствуют. Данные спутника Gaia Европейского космического агентства показывают два пробела в непрерывном потоке, а также так называемую «шпору» - звезды, орбиты которых слегка изменены, относительно остальной части скопления. Один из пробелов, вероятно, представляет местоположение шарового скопления до его растворения под действием гравитационных сил. Но другой пробел и связанная с ним «шпора» требуют объяснения.
Gaia — космический телескоп Европейского космического агентства, преемник проекта Hipparcos. ИСЗ был выведен на орбиту 19 декабря 2013 года. Главная задача телескопа — составить подробную карту распределения звёзд нашей Галактики. Телескоп работает в оптическом диапазоне.
Бонака и его коллеги предполагают, что массивный объект пробил GD-1 около 500 миллионов лет назад, выбив некоторые из его звезд с их упорядоченных орбит. Согласно моделированию, объект был бы здоровенным - по крайней мере, 5 миллионов солнечных масс - но охватывал от 60 до 130 световых лет.
«То, что мы делаем вывод о массе и размере этого объекта, согласуется с чем-то вроде шарового скопления», - признает Бонака. «Однако мы вычислили орбиты известных шаровых скоплений, и они не очень близко подходят к потоку». Тем не менее, все еще возможно, что кластер, в настоящее время скрывающийся внутри или позади плоскости галактики, может быть ответственным за GD-1.
Повторение истории?
До GD-1 был Palomar 5 - еще один разорванный шар с четкими промежутками в потоке звезд. В конечном счете, Сара Пирсон (из Колумбийского университета) и ее коллеги показали, что эти особенности могли иметь гораздо более простое объяснение: планка в центре нашей галактики вращается в том же направлении, что и Паломар 5, и может взаимодействовать со своими звездами, чтобы немного изменять их орбиты. Никаких сгустков темной материи не требуется. Но это простое объяснение не работает для GD-1, который вращается в противоположном направлении. «Поскольку GD-1 движется в противоположном направлении в нашей галактике по отношению к вращению галактического стержня, и поскольку орбита GD-1 отводит его довольно далеко от стержня при ближайшем приближении, менее вероятно, что стержень оказал какое-либо влияние в потоке GD-1 », - отмечает Пирсон. Бонака и его коллеги также обсуждают возможные взаимодействия с диском Млечного Пути. GD-1 прошел бы через диск далеко от центра галактики, приблизившись не ближе, чем на 40000 световых лет. Риск столкновения со звездами или скоплениями там низок, и взаимодействие с большим газовым облаком не сделало бы такого же разрыва и «шпоры».
Бонака отмечает, что даже если темный комок отвечает за характеристики GD-1, трудно сделать выводы о темной материи на основе образца одного разрушенного звездного потока. Но, добавляет она, даже существования единого скопления массой в 5 миллионов солнечных масс будет достаточно, чтобы исключить многие модели теплой темной материи. Предстоит проделать гораздо больше работы с GD-1 и более чем с 40 звездными потоками, которые астрономы обнаружили в данных Gaia.
