Наша Галактика належить до класу спіральних. Вчені дослідили 101 аналог Чумацького Шляху і підрахували у них кількість супутників. Проте виявилося, що наша зоряна система в цьому плані є нетиповою.
Чумацький Шлях як модель для вивчення
Десятиліттями науковці використовували Чумацький Шлях як модель для розуміння того, як формуються галактики. Але три нові дослідження піднімають питання про те, чи справді Чумацький Шлях є репрезентативним для інших галактик у Всесвіті.
«Чумацький Шлях був неймовірною лабораторією, зокрема для фізики формування галактик і фізики темної матерії, — сказав Ріса Вехслер, професор гуманітарних і природничих наук і професор фізики у Школі гуманітарних і природничих наук. — Але Чумацький Шлях — це лише одна система і може не бути типовим прикладом того, як формувалися інші галактики. Ось чому дуже важливо знаходити схожі галактики та порівнювати їх».
Виявлення супутників галактик
Для досягнення цієї мети Вехслер став співзасновником дослідження «Супутники навколо галактичних аналогів» (SAGA), присвяченого порівнянню галактик, подібних за масою до Чумацького Шляху.
Після більш ніж десятирічного сканування Всесвіту команда SAGA виявила і вивчила 101 галактику-аналог Чумацького Шляху, що стало першим кроком у її поточних працях. Результати, опубліковані в трьох дослідженнях у випуску The Astrophysical Journal за 18 листопада, показують, що еволюційна історія Чумацького Шляху багато в чому відрізняється від інших галактик схожого розміру.
«Наші результати показують, що ми не можемо обмежувати моделі формування галактик лише Чумацьким Шляхом, — сказав Вехслер, який також є професором фізики елементарних частинок і астрофізики в Національній лабораторії прискорювачів SLAC. — Ми повинні поглянути на повний розподіл подібних галактик у Всесвіті».
Таємниця темної матерії
Чумацький Шлях складається зі звичайної атомної матерії, такої як водень і залізо. Але на звичайну матерію припадає лише близько 15% матерії у Всесвіті. Решта 85% — це таємнича, невидима темна матерія.
Дослідження показують, що галактики формуються всередині масивних областей темної матерії, які називаються гало. Гало темної матерії може бути невидимим, але його величезний розмір створює гравітаційну силу, достатньо сильну, щоб притягувати звичайну матерію з космосу і перетворювати її на зорі та галактики.
Ключова мета огляду SAGA — визначити, як гало темної матерії впливають на галактичну еволюцію. Для початку команда SAGA зосередилася на галактичних супутниках — малих галактиках, які обертаються навколо набагато більших галактик-господарів, таких як Чумацький Шлях.
Дослідники визначили чотири найяскравіші галактики-супутники Чумацького Шляху, включаючи дві найбільші, відомі як Велика і Мала Магелланові Хмари (ВМХ і ММХ). Потім вчені провели кропіткий пошук супутників навколо інших галактик-господарів, схожих за масою. Використовуючи телескопічні зображення, вони зрештою виявили 378 галактик-супутників навколо 101 галактики, схожої на Чумацький Шлях.
«Існує причина, чому ніхто ніколи не намагався зробити це раніше, — сказав Вехслер. — Це дуже амбітний проєкт. Нам довелося застосувати хитромудрі методи, щоб відсортувати ці 378 галактик, що обертаються на орбіті, від тисяч об’єктів на задньому плані. Це справжня проблема пошуку голки в копиці сіна».
Нові результати
В одному з трьох нових досліджень SAGA вчені виявили, що кількість супутників на одну галактику-господаря коливається від 0 до 13. Чотири спостережувані супутники Чумацького Шляху вкладаються в цей діапазон.
Дослідження також показало, що галактики-господарі з великими супутниками, подібними за розміром до масивних галактик Чумацького Шляху ВМХ і ММХ зазвичай мають більше супутників. Але Чумацький Шлях насправді має менше супутників, ніж подібні галактики, що робить його особливим.
Друге дослідження було присвячене зореутворенню в галактиках-супутниках — важливому показнику для розуміння того, як еволюціонують галактики. Дослідження показало, що в типовій материнській галактиці менші супутники все ще формують зорі. Але в Чумацькому Шляху зореутворення відбувається лише в масивних супутниках ВМХ і ММХ. Всі менші супутники перестали утворювати зорі.
Дослідження також показало, що зореутворення зазвичай припиняється в галактиках-супутниках, розташованих ближче до головної галактики, можливо, через гравітаційне тяжіння гало темної матерії всередині й навколо головної галактики.
Третє дослідження під керівництвом докторанта Стенфордського університету Юнчонга «Річі» Вана порівнює нові дані з комп’ютерними симуляціями та закликає до розробки нової моделі формування галактик, частково заснованої на даних SAGA.
«SAGA забезпечує орієнтир для поглиблення нашого розуміння Всесвіту завдяки детальному вивченню галактик-супутників у системах за межами Чумацького Шляху, — сказав Вехслер. — Хоча ми досягли нашої початкової мети — скласти карту яскравих супутників у 101 галактиці-господарці, — попереду ще багато роботи».
