Новейшая карликовая галактика Андромеды чрезвычайно тусклая

Фото из открытых источников

Человечество знало об Андромеде с тех пор, как впервые взглянуло на небо, потому что она видна невооруженным глазом как маленькое серое пятнышко. В письменных источниках тысячелетней давности она описывалась как маленькое облако. В последующие столетия, по мере развития телескопов, стало ясно, что то, что выглядело как маленькие туманные пятна на ночном небе, включая Андромеду, на самом деле было галактиками, заполненными отдельными звездами.

Именно Эдвин Хаббл окончательно доказал, что эти пятна представляют собой галактики, и Андромеда сыграла в этом ключевую роль.

Теперь мы знаем, что спиральные галактики, такие как Млечный Путь и Андромеда, также имеют целые свиты карликовых галактик. Но даже несмотря на то, что наши телескопы сейчас невероятно мощны, и даже несмотря на то, что некоторые из них работают с превосходной точки обзора в космосе, обнаружение всех этих тусклых спутников по-прежнему остается сложной задачей. Они важны, потому что эти карликовые галактики играют решающую роль в понимании роста и эволюции таких галактик, как Андромеда.

Ультраслабые карликовые галактики — важный подтип карликовых галактик. Они обладают чрезвычайно малыми массами и чрезвычайно низкой светимостью. Ультраслабые карликовые галактики — это наиболее доминируемые тёмной материей объекты из всех известных нам, что делает их важными объектами для исследования тёмной материи.

По оценкам астрономов, в галактике Андромеды находится около 92 карликовых галактик, и только около 40 из них были обнаружены и подтверждены. Из этих 40 15 являются ультраслабыми. Но теперь астрономы обнаружили еще одну.

Она называется Андромеда XXXVI (и XXXVI), и её открытие было представлено в новом исследовании, опубликованном в журнале Astronomy and Astrophysics. Ведущим автором является Джоанна Саковска из Института астрофизики Андалусии.

«Мы представляем подробные изображения карликовой галактики Андромеда XXXVI (And XXXVI), обнаруженной в результате визуального осмотра в рамках проекта Pan-Andromeda Archaeological Survey с использованием наблюдений, полученных с помощью инструмента OSIRIS+@GTC», — пишут авторы. OSIRIS — это оптический спектрометр, установленный на Большом Канарском телескопе (Gran Telescopio Canarias) , 10,4-метровом телескопе на Канарских островах в Испании. OSIRIS специализируется на наблюдении очень слабых и далеких объектов с эмиссионными линиями. «Открытие And XXXVI дополняет слабый конец функции светимости спутников M31, предполагая наличие еще большей популяции очень слабых спутников», — пишут авторы.

«Наше исследование предполагает, что And XXXVI — чрезвычайно древняя галактика, возраст которой составляет около 12,5 миллиардов лет, и она удивительно бедна тяжелыми элементами», — заявила Саковска. «Однако для более точного определения ее расстояния, возраста и химического состава потребуются наблюдения с помощью космических телескопов, таких как «Хаббл»».

Астрономы проявляют особый интерес к ультрадиким галактикам, подобным этой, из-за их связи с темной материей.

Модель лямбда -холодной темной материи (Лямбда-ХТМ) — это современная стандартная космологическая модель Вселенной. Она предсказывает, что массивные галактики, такие как Млечный Путь и Андромеда, которые образуются в гало темной материи, должны быть окружены сотнями меньших гало темной материи. Но нам трудно найти яркие спутники, которые должны занимать эти гало, и это получило название проблемы недостающих спутников или проблемы карликовых галактик.

Они отсутствуют, потому что внутри таких маленьких субгало темной материи звездообразование подавляется, из-за чего эти карликовые галактики чрезвычайно тусклые. Астрофизики считают ультрадикие карликовые галактики недостающим ключом к пониманию проблемы карликовых галактик. Они обладают экстремально высокими отношениями массы к светимости, что подтверждает их расположение в гало темной материи, которые намного массивнее, чем предполагает их звездный состав. Чем больше ультрадиких карликовых галактик обнаруживают астрономы, тем больше количество спутников совпадает с моделью Lambda-CDM. В результате, значение проблемы карликовых галактик со временем уменьшилось.

Галактика M31 была обнаружена как скопление звезд, расположенное между двумя яркими звездами на переднем плане. Хотя предыдущие исследования намекали на ее существование, эти наблюдения с помощью телескопа GTC ясно это показывают. «Появление широкопольных фотометрических обзоров, таких как Слоанский цифровой обзор неба (SDSS), Панорамный обзор телескопа и система быстрого реагирования (PanSTARRS), Обзор устаревших изображений DESI (DESI LS) и UNIONS, значительно ускорило открытие карликовых галактик внутри и за пределами гало M31», — пишут авторы.

В качестве показателя того, насколько мала и тускла галактика And XXXVI, исследователи смогли идентифицировать лишь 46 её звёзд. Большинство известных карликовых галактик содержат тысячи звёзд, а то и гораздо больше.

«Избыточная плотность практически незаметна в SDSS и PanSTARRS и становится очевидной только в CFHT и GTC», — пишут авторы. 

Чем больше ультрамягких галактик обнаруживают астрономы, тем больше возможностей для проверки модели Lambda-CDM. Они служат своего рода зондами, проверяющими наше понимание самой темной материи. Действительно ли она холодная и бесстолкновительная, как утверждает модель Lambda-CDM? Или это что-то другое, например, WIMP-частицы?

«Открытие Андромеды XXXVI открывает новый взгляд на самые маленькие галактики во Вселенной», — сказала соавтор исследования Изабель Сантос Сантос из Института астрофизики им. Лейбница в Потсдаме (AIP). «В рамках стандартной космологической модели, так называемой модели лямбда-холодной темной материи (ΛCDM), мы ожидаем, что галактики, подобные Андромеде, будут окружены сотнями таких маленьких компаньонов, однако многие из них до сих пор оставались скрытыми из-за своей низкой светимости. Каждая вновь обнаруженная ультраслабая карликовая галактика помогает нам исследовать пределы формирования галактик и проверить наши космологические модели».

«Каждое новое открытие, такое как Андромеда XXXVI, важно, потому что оно предполагает, что мы, возможно, видим лишь верхушку айсберга гораздо большей популяции чрезвычайно тусклых галактик», — сказала Саковска.

Ультрафиолетовые галактики считаются окаменелостями ранней Вселенной. Их звёзды старые и имеют низкую металличность. Они также могут быть окаменелостями реионизации Вселенной. Для лучшего понимания галактик типа «Анд 36» астрономам необходимы более глубокие изображения, полученные с помощью космических телескопов, и более качественные спектроскопические наблюдения.

«В сочетании с подробной историей звездообразования такие данные помогли бы определить, указывает ли старая, бедная металлами звездная популяция And XXXVI на раннее прекращение звездообразования, что было бы аналогично тенденциям, наблюдаемым в спутниках Млечного пути, и можно ли считать And XXXVI окаменелостью реионизации», — поясняют авторы.