Дослідження підтверджує, що Чумацький Шлях справді є незвичайною галактикою

Астрономи часто використовують Чумацький Шлях як стандарт для вивчення того, як утворюються та еволюціонують галактики. Оскільки ми всередині нього, астрономи можуть детально вивчити його за допомогою сучасних телескопів. Досліджуючи його в різних довжинах хвиль, астрономи й астрофізики можуть зрозуміти його зіркове населення, газову динаміку та інші його характеристики набагато детальніше, ніж далекі галактики.

Однак нове дослідження, яке досліджує 101 родича Чумацького Шляху, показує, чим він відрізняється від них. Один із потужних способів зрозуміти речі — це порівняти їх з іншими в класі — техніку, яку ми вивчаємо в школі. Опитування є ефективним інструментом для порівняння та зіставлення речей, а астрономічні дослідження внесли величезну кількість базових даних у ці зусилля.

Яскравими прикладами є цифрове дослідження неба Слоуна (SDSS), дослідження всього неба з двома мікронами (2MASS) і місія Gaia від ЄКА. Дослідження Satellites Around Galactic Analogs (SAGA) є ще одним і третім випуском даних, які містяться в трьох нових дослідженнях. Усі дослідження базуються на 101 галактиці, подібній масі до Чумацького Шляху, і кожне дослідження стосується іншого аспекту порівняння цих галактик із нашою.

Дослідження показують, що галактики утворюються всередині гігантських ореолів темної матерії, невловимої речовини, яка не взаємодіє зі світлом. 85% матерії Всесвіту становить таємнича темна матерія, тоді як лише 15% є нормальною або баріонною матерією, типом, з якого складаються планети, зірки та галактики. Хоча ми не можемо побачити ці масивні гало, астрономи можуть спостерігати їх вплив. Їх гравітація зближує нормалі, створюючи галактики та зірки.

SAGA спрямована на те, щоб зрозуміти, як працюють гало темної матерії. Він досліджує галактики-супутники малої маси навколо галактик, подібних за масою до Чумацького Шляху.

Ці супутники можна захопити та втягнути в гало темної матерії великих галактик. SAGA знайшла кілька сотень таких галактик-супутників, які обертаються навколо 101 галактики масою Чумацького Шляху.

«Чумацький Шлях був неймовірною фізичною лабораторією, зокрема для фізики формування галактик і фізики темної матерії», — сказала Різа Векслер, професор гуманітарних наук і професор фізики Школи гуманітарних наук і наук. Векслер також є співзасновником SAGA Survey.

«Але Чумацький Шлях — це лише одна система, і вона може не бути типовою для того, як утворилися інші галактики. Ось чому так важливо знаходити схожі галактики та порівнювати їх».

Порівняння Чумацького Шляху з іншими 101 виявило деякі значні відмінності.

«Наші результати показують, що ми не можемо обмежити моделі формування галактик тільки Чумацьким Шляхом», — сказав Векслер, який також є професором фізики елементарних частинок і астрофізики в Національній лабораторії прискорювачів SLAC.

«Ми повинні розглянути цей повний розподіл подібних галактик у Всесвіті».

Третій випуск даних SAGA Survey включає 378 супутників, знайдених у системах з масою 101 МВт, і перша стаття присвячена супутникам. Тільки кропіткий пошук зміг їх виявити. Чотири з них відносяться до Чумацького Шляху, включаючи добре відомі Велику і Малу Магелланові Хмари.

«Є причина, чому ніхто ніколи не пробував це раніше», — сказав Векслер. «Це дійсно амбітний проект. Нам довелося застосувати розумні методи, щоб відсортувати ці 378 орбітальних галактик від тисяч об’єктів на фоні. Це справжня проблема голки в стозі сіна».

SAGA виявила, що кількість супутників на галактику коливається від нуля до 13. Згідно з першою статтею, маса наймасивнішого супутника є сильним провісником великої кількості супутників.

«Одна третина систем SAGA містить супутники з LMC-масою, і вони, як правило, мають більше супутників, ніж MW», — йдеться в документі. Чумацький Шлях є винятком у цьому відношенні, що є однією з причин його нетиповості.

Друге дослідження присвячене утворенню зірок на супутниках. Швидкість зореутворення (SFR) є важливим показником для розуміння еволюції галактик. Дослідження показує, що зореутворення все ще активно в галактиках-супутниках, але чим ближче вони до господаря, тим повільніше їх SFR. Чи можливо, що сильніше тяжіння гало темної матерії поблизу галактики гальмує утворення зірок?

«Наші результати свідчать про те, що супутники з меншою масою та супутники в межах 100 кпк ефективніше гасляться в середовищі, схожому на Чумацький Шлях, причому ці процеси діють досить повільно, щоб зберегти популяцію супутників, що утворюють зірки, при всіх зоряних масах і прогнозованих радіусах», другий документ держави.

Однак у супутниках Чумацького Шляху лише Магелланові Хмари все ще утворюють зірки, причому радіальна відстань відіграє певну роль.

«Тепер у нас є головоломка», — сказав Векслер.

«Що в Чумацькому Шляху призвело до припинення зореутворення цих маленьких супутників з меншою масою? Можливо, на відміну від типової головної галактики, Чумацький Шлях має унікальну комбінацію старих супутників, які припинили зореутворення, і новіших, активних – LMC і SMC, які нещодавно потрапили в гало темної матерії Чумацького Шляху».

Це ще одна причина нетиповості нашої галактики.

А як щодо менших гало темної матерії навколо галактик-супутників? Яку роль вони відіграють?

«Для мене границя — це з’ясувати, що робить темна матерія в масштабах, менших за Чумацький Шлях, наприклад, з меншими гало темної матерії, які оточують ці маленькі супутники», — сказав Векслер.

Третя стаття порівнює третій випуск даних SAGA з комп’ютерним моделюванням. Автори розробили нову модель гасіння в галактиках з масою Сонця менше або дорівнює 10⁹.

Їхня модель обмежена даними SAGA щодо 101 галактики, а потім дослідники порівняли її з ізольованими польовими галактиками з цифрового огляду неба Слоуна. Модель успішно відтворила функцію зоряної маси супутників, їхній середній SFR і частки гасіння в супутниках. Він також підтримував SFR в більш ізольованих галактиках-супутниках і спостерігав посилене гасіння в ближчих супутниках.

Модель потребує додаткового тестування за допомогою спостережень, і автори зазначають, що спектроскопічні дослідження є логічним наступним кроком. Сподіваюся, ці опитування можуть відповісти на запитання про роль внутрішнього зворотного зв’язку в супутниках меншої маси, про їхню масу та накопичення газу та вплив темної матерії на них, а також про газові процеси, характерні для супутників.

«SAGA забезпечує орієнтир для вдосконалення нашого розуміння Всесвіту шляхом детального вивчення супутникових галактик у системах за межами Чумацького Шляху», — сказав Векслер. «Хоча ми завершили нашу початкову мету — скласти карту яскравих супутників у 101 головній галактиці, попереду ще багато роботи».