Вчені виявили, що Чумацький Шлях є космічним виходом

Нові дослідження ставлять під сумнів уявлення про Чумацький Шлях як еталон для розуміння формування галактик, виявляючи унікальні відмінності в його структурі та еволюції порівняно з іншими галактиками. Дослідження в рамках опитування SAGA почали виявляти ці розбіжності, вивчаючи понад 100 галактик, схожих на Чумацький Шлях, і проливаючи світло на складну роль темної матерії та різноманітні шляхи еволюції галактик.

Переоцінка моделі Чумацького Шляху

Протягом багатьох років науковці використовували Чумацький Шлях як еталон для вивчення процесів формування галактик. Однак нові дослідження припускають, що наша галактика може не бути типовим прикладом еволюції галактик у Всесвіті.

«Чумацький Шлях є неймовірною фізичною лабораторією, зокрема для дослідження формування галактик та фізики темної матерії,» — зазначає Ріса Векслер, професорка фізики зі Стенфордського університету. — «Але Чумацький Шлях — це лише одна система, яка, можливо, не є типовою. Тому критично важливо знайти подібні галактики і порівняти їх.»

Результати опитування SAGA

Щоб дослідити це питання, Векслер стала співзасновницею проєкту Satellites Around Galactic Analogs (SAGA), який зосереджений на пошуку галактик, схожих за розміром і масою на Чумацький Шлях. Після понад десяти років спостережень команда SAGA проаналізувала 101 галактику, схожу на Чумацький Шлях. Їхні висновки, опубліковані у трьох дослідженнях у The Astrophysical Journal, показують, що еволюційна історія Чумацького Шляху суттєво відрізняється від інших галактик подібного розміру.

«Наші результати свідчать, що моделі формування галактик не можна обмежувати тільки Чумацьким Шляхом,» — наголосила Векслер. — «Ми повинні вивчати повний спектр подібних галактик у Всесвіті.»

Проєкт SAGA також очолюють професорка Марла Гега з Єльського університету та Яо-Юань Мао, колишній докторант Векслер, нині доцент Університету Юти. Всі троє є співавторами нових досліджень.

SAGA і галактики з малими супутниками

Опитування SAGA ідентифікувало 101 галактику, схожу на Чумацький Шлях, з малими супутниковими галактиками. У дослідженні були представлені три приклади галактик із двома, шістьма та дев’ятьма супутниковими галактиками відповідно.

Роль темної матерії

Чумацький Шлях складається зі звичайної атомної матерії, такої як водень і залізо. Однак звичайна матерія становить лише близько 15% усієї матерії у Всесвіті. Решта 85% — це загадкова, невидима темна матерія.

«Ніхто не знає, з чого складається темна матерія,» — пояснила Векслер. — «Вона не взаємодіє зі звичайною матерією чи світлом. Ймовірно, темна матерія проходить через вас прямо зараз, і ви цього навіть не помічаєте.»

Дослідження показують, що галактики формуються всередині масивних регіонів темної матерії, які називаються гало. Гало темної матерії невидиме, але його величезний розмір створює гравітаційні сили, достатні для притягування звичайної матерії з космосу та перетворення її на зірки й галактики.

Внесок супутникових галактик

Одним із головних завдань опитування SAGA є визначення впливу гало темної матерії на еволюцію галактик. Команда SAGA зосередила увагу на супутникових галактиках — невеликих галактиках, які обертаються навколо більших, таких як Чумацький Шлях. Науковці виявили чотири найяскравіші супутникові галактики Чумацького Шляху, зокрема Великі та Малі Магелланові Хмари (LMC і SMC). Дослідники ретельно шукали супутники навколо інших галактик зі схожою масою. Використовуючи телескопічні зображення, вони зрештою ідентифікували 378 супутникових галактик, що оточують 101 галактику, схожу на Чумацький Шлях.

«Є причина, чому раніше ніхто не намагався це зробити,» — зазначила Векслер. — «Це дуже амбітний проєкт. Нам довелося використовувати розумні методи, щоб виділити ці 378 орбітальних галактик із тисяч об’єктів на задньому фоні. Це справжній пошук голки в копиці сіна.»

Аномалії у супутниках галактик

У одному з нових досліджень SAGA вчені виявили, що кількість супутників на одну галактику-хазяїна варіюється від 0 до 13. Чотири спостережувані супутники Чумацького Шляху вписуються у цей діапазон. Дослідження також показало, що галактики-хазяїни з великими супутниками, подібними за розміром до масивних LMC і SMC, мають більше супутників загалом. Однак Чумацький Шлях має менше супутників, ніж подібні галактики, що робить його винятком серед «побратимів».

Загадка темної матерії

«Тепер у нас є загадка,» — заявила Векслер. — «Що саме в Чумацькому Шляху спричинило припинення зореутворення в цих невеликих супутниках? Можливо, на відміну від типової галактики-хазяїна, Чумацький Шлях має унікальну комбінацію старих супутників, у яких зореутворення припинилося, і нових, активних супутників — LMC і SMC, що лише нещодавно потрапили у гало темної матерії нашої галактики.»

Дослідження також виявило, що зореутворення зазвичай припиняється у супутникових галактиках, розташованих ближче до галактики-хазяїна, можливо, через гравітаційний вплив гало темної матерії.

Нові моделі формування галактик

Третє дослідження, очолюване докторантом Стенфорда Юнчонгом «Річі» Ваном, порівнює нові дані з комп’ютерними симуляціями і закликає до розробки нової моделі формування галактик, заснованої частково на опитуванні SAGA.

«SAGA задає новий орієнтир для вивчення супутникових галактик у системах за межами Чумацького Шляху,» — зазначила Векслер. — «Хоча ми завершили наш початковий план — карту яскравих супутників у 101 галактиці-хазяїні, попереду ще багато роботи.»