Десятилетиями ученые использовали Млечный Путь в качестве модели для понимания того, как формируются галактики. Но три новых исследования поднимают вопросы о том, действительно ли Млечный Путь является репрезентативным для других галактик во Вселенной.
«Млечный Путь был невероятной физической лабораторией, в том числе для физики формирования галактик и физики темной материи», — сказала Риса Векслер, профессор гуманитарных наук и физики в Школе гуманитарных наук. «Но Млечный Путь — это всего лишь одна система, и, возможно, нетипично для того, как формировались другие галактики. Вот почему так важно найти похожие галактики и сравнить их».
Для достижения этой цели Векслер стал одним из основателей проекта Satellites Around Galactic Analogs (SAGA), посвященного сравнению галактик, схожих по массе с Млечным Путем.
После более чем десятилетия сканирования Вселенной команда SAGA идентифицировала и изучила 101 аналог Млечного Пути в качестве первого шага в своих текущих исследованиях. Результаты, опубликованные в трех исследованиях в выпуске The Astrophysical Journal, показывают, что во многих отношениях эволюционная история Млечного Пути отличается от других галактик сопоставимого размера.
«Наши результаты показывают, что мы не можем ограничивать модели формирования галактик только Млечным Путем», — сказала Векслер, который также является профессором физики элементарных частиц и астрофизики в Национальной ускорительной лаборатории SLAC. «Мы должны рассмотреть это полное распределение подобных галактик по всей Вселенной».
Помимо Векслера, проект SAGA возглавляют профессор Марла Геха из Йельского университета и Яо-Юань Мао из Университета Юты. Все трое стали соавторами недавно опубликованных исследований.
Млечный Путь состоит из обычной атомной материи, такой как водород и железо. Но обычная материя составляет всего около 15% материи во Вселенной. Остальные 85% — это таинственная, невидимая темная материя.
«Никто не знает, из чего состоит темная материя», — сказал Векслер. «Она не взаимодействует с обычной материей или светом. Вероятно, прямо сейчас через вас проходит темная материя, а вы даже не знаете об этом».
Исследования показывают, что галактики формируются внутри массивных областей темной материи, называемых гало. Гало темной материи может быть невидимым, но его огромный размер создает гравитационную силу, достаточно сильную, чтобы притянуть обычную материю из космоса и превратить ее в звезды и галактики.
Ключевая цель исследования SAGA — определить, как гало темной материи влияют на эволюцию галактик. Для начала команда SAGA сосредоточилась на галактических спутниках — небольших галактиках, которые вращаются вокруг гораздо более крупных родительских галактик, таких как Млечный Путь.
Исследователи идентифицировали четыре самые яркие галактики-спутники Млечного Пути, включая две самые большие, известные как Большое и Малое Магеллановы Облака (БМО и ММО). Затем ученые провели кропотливый поиск спутников вокруг других родительских галактик, схожих по массе. Используя телескопические изображения, они в конечном итоге идентифицировали 378 галактик-спутников, окружающих 101 родительскую галактику, похожую на Млечный Путь.
«Есть причина, по которой никто не пытался сделать это раньше», — сказал Векслер. «Это действительно амбициозный проект. Нам пришлось использовать хитрые методы, чтобы отсортировать эти 378 вращающихся галактик от тысяч объектов на заднем плане. Это настоящая проблема поиска иголки в стоге сена».
В одном из трех новых исследований SAGA ученые обнаружили, что количество спутников на одну галактику колеблется от 0 до 13. Четыре наблюдаемых спутника Млечного Пути попадают в этот диапазон.
Исследование также показало, что родительские галактики с большими спутниками, схожими по размеру с массивными галактиками Млечного Пути БМО и ММО, как правило, имеют больше спутников в целом. Но Млечный Путь на самом деле имеет меньше спутников, чем похожие галактики, что делает его исключением среди себе подобных.
Второе исследование было сосредоточено на звездообразовании в галактиках-спутниках — важной метрике для понимания того, как эволюционируют галактики. Исследование показало, что в типичной родительской галактике более мелкие спутники все еще формируют звезды. Но в Млечном Пути звездообразование происходит только в массивных спутниках БМО и ММО. Все более мелкие спутники прекратили формировать звезды.
«Теперь у нас есть загадка», — сказал Векслер. «Что в Млечном Пути заставило эти маленькие, маломассивные спутники прекратить звездообразование? Возможно, в отличие от типичной родительской галактики, Млечный Путь имеет уникальное сочетание старых спутников, которые прекратили звездообразование, и более новых, активных — БМО и ММО, — которые лишь недавно попали в гало темной материи Млечного Пути».
Исследование также показало, что звездообразование обычно прекращается в галактиках-спутниках, расположенных ближе к родительской галактике, возможно, из-за гравитационного притяжения гало темной материи внутри и вокруг родительской галактики.
«Для меня передовой задачей является выяснение того, что делает темная материя в масштабах, меньших Млечного Пути, например, в случае с меньшими гало темной материи, которые окружают эти маленькие спутники», — сказал Векслер.
Третье исследование, проведенное под руководством доктора наук Стэнфордского университета Юнчуна «Ричи» Вана, сравнивает новые данные с компьютерным моделированием и призывает к разработке новой модели формирования галактик, частично основанной на обзоре SAGA.
«SAGA дает ориентир для продвижения нашего понимания Вселенной посредством детального изучения спутниковых галактик в системах за пределами Млечного Пути», — сказал Векслер. «Хотя мы завершили нашу первоначальную цель — картографирование ярких спутников в 101 родительской галактике, предстоит еще много работы».
