- 29,524
- 46
- 8 Ноя 2022
Звёздные потоки оказались намного «шумнее», чем предполагалось, а подозрительные структуры могут возникать без встречи с тёмной материей.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1024/572;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Разрыв в длинной цепочке звёзд вокруг Млечного Пути может выглядеть как след невидимого сгустка тёмной материи. Но новый расчёт показал неприятную для астрономов вещь. Похожие «улики» способна оставлять сама галактика, даже если убрать из модели небольшие субгало тёмной материи, которые учёные рассчитывали таким способом обнаруживать.
Астрономы давно рассматривают звёздные потоки как своеобразные космические детекторы. Такие тонкие ленты возникают, когда гравитация галактики растягивает шаровое звёздное скопление и постепенно разбрасывает его звёзды вдоль орбиты. В идеализированной картине поток должен оставаться сравнительно гладким, а пролетающий рядом невидимый объект способен нарушить строй, сформировать разрыв, изгиб, ответвление или локальное уплотнение.
Особый интерес вызывают субгало, небольшие концентрации тёмной материи, которые предсказывают современные космологические модели. Многие субгало могут практически не содержать звёзд, поэтому увидеть их напрямую невозможно. Зато гравитационный удар по звёздному потоку потенциально выдаёт присутствие невидимого объекта.
Команда под руководством Арпита Ароры из Вашингтонского университета решила проверить, насколько надёжен такой подход. Исследователи смоделировали около 15 тысяч потоков от разрушенных шаровых скоплений в четырёх галактиках массой примерно с Млечный Путь. Модели учитывали меняющееся со временем гравитационное поле диска, галактического гало и крупномасштабной структуры, но специально исключали небольшие возмущающие объекты вроде субгало тёмной материи и гигантских молекулярных облаков. Работа под названием «No Stream Left Unscathed: The Imprint of a Host Galaxy» вышла 27 августа в The Astrophysical Journal.
Результат оказался неожиданно неприятным для поиска тёмной материи. Примерно три четверти смоделированных потоков приобрели сложную структуру исключительно под действием галактики-хозяина. В потоках возникали изгибы, ответвления, разрывы, оболочки и перепады плотности, причём некоторые образования очень напоминали признаки, которые раньше связывали со столкновениями с субгало.
Даже самые спокойные потоки оказались далеко не идеальными. Их ширина менялась примерно на 10–25%, а разрывы и уплотнения возникали на угловых масштабах около 2 градусов. Именно диапазон порядка 1–5 градусов считался характерным для некоторых следов взаимодействия с субгало. Из примерно 15 тысяч смоделированных потоков только около 70 не получили заметных изгибов траектории.
Более того, модели воспроизвели структуры, похожие на реальные аномалии известных потоков Млечного Пути. Среди примеров авторы называют ответвление потока GD-1 и резкий изгиб ATLAS–Aliqa Uma. Для появления подобных деталей в эксперименте не понадобилось столкновение с небольшим сгустком тёмной материи.
Сильнее всего на внешний вид потока влияла его орбита. Чем ближе звёзды подходили к центру галактики, тем чаще попадали в сложное и неоднородное гравитационное поле и тем сильнее искажался поток. В моделях расстояние перицентра около 15 килопарсек служило приблизительной границей между относительно спокойными и сильно возмущёнными потоками, а наиболее гладкими оставались объекты на почти круговых орбитах дальше примерно 20 килопарсек от центра.
Исследование не опровергает тёмную материю и не показывает, что субгало не существуют. Работа бьёт по более узкому предположению, согласно которому необычная структура звёздного потока сама по себе может служить достаточно убедительным признаком встречи с невидимым сгустком вещества. Перед таким выводом астрономам придётся сначала исключить искажения, которые создаёт гравитационное поле галактики-хозяина.
Следующим шагом команда планирует добавить в модели субгало и сравнить два типа возмущений. Если столкновения с небольшими сгустками тёмной материи оставляют собственный характерный «почерк», учёные смогут отделять его от галактического фонового шума.
Задача скоро станет особенно актуальной. Обсерватория Веры Рубин должна обнаружить значительно больше звёздных потоков Млечного Пути, а вместе с Euclid и будущим космическим телескопом Nancy Grace Roman позволит изучать подобные структуры намного подробнее. Вместо простого поиска любого подозрительного разрыва астрономам теперь потребуется научиться отличать настоящую подпись тёмной материи от очень убедительной галактической подделки.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1024/572;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Разрыв в длинной цепочке звёзд вокруг Млечного Пути может выглядеть как след невидимого сгустка тёмной материи. Но новый расчёт показал неприятную для астрономов вещь. Похожие «улики» способна оставлять сама галактика, даже если убрать из модели небольшие субгало тёмной материи, которые учёные рассчитывали таким способом обнаруживать.
Астрономы давно рассматривают звёздные потоки как своеобразные космические детекторы. Такие тонкие ленты возникают, когда гравитация галактики растягивает шаровое звёздное скопление и постепенно разбрасывает его звёзды вдоль орбиты. В идеализированной картине поток должен оставаться сравнительно гладким, а пролетающий рядом невидимый объект способен нарушить строй, сформировать разрыв, изгиб, ответвление или локальное уплотнение.
Особый интерес вызывают субгало, небольшие концентрации тёмной материи, которые предсказывают современные космологические модели. Многие субгало могут практически не содержать звёзд, поэтому увидеть их напрямую невозможно. Зато гравитационный удар по звёздному потоку потенциально выдаёт присутствие невидимого объекта.
Команда под руководством Арпита Ароры из Вашингтонского университета решила проверить, насколько надёжен такой подход. Исследователи смоделировали около 15 тысяч потоков от разрушенных шаровых скоплений в четырёх галактиках массой примерно с Млечный Путь. Модели учитывали меняющееся со временем гравитационное поле диска, галактического гало и крупномасштабной структуры, но специально исключали небольшие возмущающие объекты вроде субгало тёмной материи и гигантских молекулярных облаков. Работа под названием «No Stream Left Unscathed: The Imprint of a Host Galaxy» вышла 27 августа в The Astrophysical Journal.
Результат оказался неожиданно неприятным для поиска тёмной материи. Примерно три четверти смоделированных потоков приобрели сложную структуру исключительно под действием галактики-хозяина. В потоках возникали изгибы, ответвления, разрывы, оболочки и перепады плотности, причём некоторые образования очень напоминали признаки, которые раньше связывали со столкновениями с субгало.
Даже самые спокойные потоки оказались далеко не идеальными. Их ширина менялась примерно на 10–25%, а разрывы и уплотнения возникали на угловых масштабах около 2 градусов. Именно диапазон порядка 1–5 градусов считался характерным для некоторых следов взаимодействия с субгало. Из примерно 15 тысяч смоделированных потоков только около 70 не получили заметных изгибов траектории.
Более того, модели воспроизвели структуры, похожие на реальные аномалии известных потоков Млечного Пути. Среди примеров авторы называют ответвление потока GD-1 и резкий изгиб ATLAS–Aliqa Uma. Для появления подобных деталей в эксперименте не понадобилось столкновение с небольшим сгустком тёмной материи.
Сильнее всего на внешний вид потока влияла его орбита. Чем ближе звёзды подходили к центру галактики, тем чаще попадали в сложное и неоднородное гравитационное поле и тем сильнее искажался поток. В моделях расстояние перицентра около 15 килопарсек служило приблизительной границей между относительно спокойными и сильно возмущёнными потоками, а наиболее гладкими оставались объекты на почти круговых орбитах дальше примерно 20 килопарсек от центра.
Исследование не опровергает тёмную материю и не показывает, что субгало не существуют. Работа бьёт по более узкому предположению, согласно которому необычная структура звёздного потока сама по себе может служить достаточно убедительным признаком встречи с невидимым сгустком вещества. Перед таким выводом астрономам придётся сначала исключить искажения, которые создаёт гравитационное поле галактики-хозяина.
Следующим шагом команда планирует добавить в модели субгало и сравнить два типа возмущений. Если столкновения с небольшими сгустками тёмной материи оставляют собственный характерный «почерк», учёные смогут отделять его от галактического фонового шума.
Задача скоро станет особенно актуальной. Обсерватория Веры Рубин должна обнаружить значительно больше звёздных потоков Млечного Пути, а вместе с Euclid и будущим космическим телескопом Nancy Grace Roman позволит изучать подобные структуры намного подробнее. Вместо простого поиска любого подозрительного разрыва астрономам теперь потребуется научиться отличать настоящую подпись тёмной материи от очень убедительной галактической подделки.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
