Млечный Путь может быть полон галактик-спутников, что считалось невероятным

Фото из открытых источников

Согласно новому исследованию, у Млечного Пути может быть гораздо больше галактик-спутников, чем учёные могли предсказать или наблюдать ранее. Космологи из Даремского университета использовали новую методику, сочетающую суперкомпьютерное моделирование с высочайшим разрешением и новейшие математические методы, чтобы предсказать существование недостающих галактик-сирот.

Их выводы показывают, что вокруг нашей родной галактики должно быть еще 80 или, возможно, до 100 галактик-спутников, вращающихся на близких расстояниях.

Если эти галактики будут видны в телескопы, это может послужить весомым подтверждением теории лямбда-холодной темной материи (LCDM), которая объясняет крупномасштабную структуру Вселенной и то, как образуются галактики.

Результаты текущего исследования будут представлены 11 июля на Национальном астрономическом собрании Королевского астрономического общества (NAM 2025) в Даремском университете.

Исследование основано на модели LCDM, в которой обычная материя в форме атомов составляет всего 5% от общего содержания Вселенной, 25% — это холодная темная материя (CDM), а оставшиеся 70% — темная энергия.

В этой модели галактики формируются в центрах гигантских скоплений тёмной материи, называемых гало. Большинство галактик во Вселенной — это маломассивные карликовые галактики, большинство из которых — спутники, вращающиеся вокруг более массивных галактик, таких как наш Млечный Путь.

Существование этих загадочных объектов давно бросает вызов LCDM, также известной как стандартная модель космологии. Согласно теории LCDM, галактик-компаньонов Млечного Пути должно быть гораздо больше, чем удалось получить с помощью космологических моделей или увидеть астрономам.

Новое исследование показывает, что исчезнувшие спутники Млечного Пути — это чрезвычайно тусклые галактики, практически полностью лишённые своих родительских гало тёмной материи гравитацией гало Млечного Пути. Эти так называемые «галактики-сироты» теряются в большинстве симуляций, но должны были бы сохраниться в реальной Вселенной.

Используя новую методику, исследователи из Дарема смогли отследить численность, распределение и свойства этих галактик-сирот Млечного Пути, показав, что сегодня должно существовать и наблюдаться гораздо больше спутников Млечного Пути. Есть надежда, что новые достижения в области телескопов и инструментов, таких как камера LSST обсерватории Рубина (которая недавно впервые увидела свет), позволят астрономам обнаружить эти очень слабые объекты, впервые сделав их видимыми для нас.

«Мы знаем, что у Млечного Пути есть около 60 подтверждённых галактик-спутников, но мы считаем, что вокруг Млечного Пути на близких расстояниях должны вращаться ещё десятки таких тусклых галактик», - отметила ведущий автор исследования из Изабель Сантос-Сантос из Института вычислительной космологии физического факультета Даремского университета. «Если наши прогнозы верны, это придает больше веса теории лямбда-холодной темной материи о формировании и эволюции структур во Вселенной. Астрономы-наблюдатели используют наши прогнозы в качестве эталона, с которым они сравнивают новые данные, которые они получают. Однажды, вскоре, мы, возможно, сможем увидеть эти «пропавшие» галактики, что было бы чрезвычайно интересно и могло бы рассказать нам больше о том, как Вселенная стала такой, какой мы ее видим сегодня».

Концепция LCDM является краеугольным камнем нашего понимания Вселенной. Она привела к появлению Стандартной модели космологии и является наиболее широко принятой моделью для описания эволюции и структуры Вселенной в больших масштабах.

Модель прошла множество проверок, но недавно ее поставили под сомнение загадочные данные наблюдений за карликовыми галактиками.

Исследователи из Дарема утверждают, что даже самые лучшие из существующих космологических симуляций (включающих в себя газ и звездообразование, помимо темной материи) не обладают разрешением, необходимым для изучения столь тусклых галактик, как те, которые астрономы начинают обнаруживать вблизи Млечного Пути.

Этим симуляциям также не хватает точности, необходимой для отслеживания эволюции небольших гало темной материи, в которых находятся карликовые галактики, вращающиеся вокруг Млечного Пути на протяжении миллиардов лет.

Это приводит к искусственному разрушению некоторых гало, оставляя галактики «сиротами». Хотя при моделировании гало «сиротских» галактик теряются, такие галактики должны сохраняться в реальной Вселенной.

Чтобы преодолеть эти численные проблемы, исследователи из Дарема объединили космологическое суперкомпьютерное моделирование с аналитическими моделями.

В их число вошла и симуляция «Водолея», созданная консорциумом Virgo. «Водолея» — это самая высокодетализированная из когда-либо созданных симуляций гало тёмной материи Млечного Пути, используемая для понимания предсказанной мелкомасштабной структуры Млечного Пути.

В него также вошла модель GALFORM — передовой код, разработанный в Дареме за последние два десятилетия, который отслеживает подробные физические процессы, ответственные за формирование и эволюцию галактик.

Результаты исследования показали, что гало темной материи, которые могут содержать галактику-спутник, вращаются вокруг центрального гало Млечного Пути на протяжении большей части истории Вселенной, что приводит к потере ими темной материи и звездной массы и делает их чрезвычайно маленькими и тусклыми.

В результате исследования предсказывают, что общее число галактик-спутников (любой яркости), которые, вероятно, существуют вокруг Млечного Пути, составляет около 80, а потенциально и до 100 больше, чем известно в настоящее время.

Особое внимание в исследовании уделяется примерно 30 недавно обнаруженным крошечным кандидатам в спутники Млечного Пути, которые чрезвычайно тусклые и маленькие.

Ученые не уверены, являются ли эти галактики карликовыми, погруженными в гало темной материи, или шаровыми скоплениями — скоплениями самогравитирующих звезд.

Исследователи из Дарема утверждают, что эти объекты могут быть подмножеством слабой популяции галактик-спутников, существование которых они предсказывают.

«Если популяция очень слабых спутников, которую мы предсказываем, будет обнаружена с помощью новых данных, это станет выдающимся успехом теории формирования галактик LCDM», - говорит соавтор исследования профессор Карлос Френк из Института вычислительной космологии физического факультета Даремского университета. «Это также наглядно проиллюстрировало бы мощь физики и математики. Используя законы физики, решённые с помощью большого суперкомпьютера, и математическое моделирование, мы можем делать точные прогнозы, которые астрономы, оснащённые новыми мощными телескопами, смогут проверить. Лучше и быть не может».