Далеко стоящий поток звёзд может дать новые подсказки о тёмной материи

Фото из открытых источников

Темная материя продолжает бросать вызов астрономам, которые пытаются разгадать тайну этого до сих пор невидимого вещества, пронизывающего Вселенную. Дело не в том, что этого вещества не существует. Оно существует, но мы просто не можем его увидеть. Единственный способ его обнаружения — это его гравитационное воздействие на обычную материю. Группа исследователей во главе с Джули Киль Холм из Копенгагенского университета обнаружила поток звезд, простирающийся более чем на 3000 световых лет от шарового скопления, которое, по-видимому, было сформировано темной материей в далекой галактике.

Звездный поток обнаружен в ультрадиффузной галактике UGC9050-Dw1, расположенной на расстоянии 115 миллионов световых лет. Для обнаружения и изучения потока команда использовала изображения галактики, полученные с помощью космического телескопа Хаббл и телескопа Канада-Франция-Гавайи. Сама галактика интересна своей «возмущенной» природой. До этого открытия подобные потоки наблюдались только в Млечном пути. Таким образом, обнаружение звездного потока из шарового скопления, связанного с UGC9050-Dw1, является первым подобным случаем.

Ультрадиффузные галактики излучают очень мало света, в основном потому, что в них мало звёзд и практически нет газа для образования новых. Они могут быть такими же большими, как Млечный Путь, но не обладают такой же массой. Астрономы всё ещё выясняют, как они образуются, но одна из возможностей заключается в том, что они являются результатом взаимодействий, которые отрывают звёзды от галактик и их скоплений. Тусклость этих ультрадиффузных галактик затрудняет обнаружение таких объектов в качестве звёздных потоков.

По словам профессора Сары Пирсон из Копенгагенского университета, это открытие имеет значение как минимум для двух областей исследований. Во-первых, это возможность наблюдать детали в далёких галактиках с ультрадиффузными скоплениями, а во-вторых, это возможность изучить роль тёмной материи в их формировании. Холм, Пирсон и группа исследователей недавно опубликовали статью в журнале Nature о своём открытии. «Это открывает совершенно новые возможности», — объяснила Пирсон. «Теперь мы можем не только искать звёздные потоки шаровых скоплений в других галактиках, но и в долгосрочной перспективе, возможно, сможем измерить содержание тёмной материи в более ультрадиффузных галактиках».

Шаровые скопления являются неотъемлемой частью многих галактик. Это шарообразные скопления звёзд, плотно упакованные в небольшой объём пространства. Они похожи на так называемые «карликовые сфероидальные» галактики и обычно располагаются вокруг ядер спиральных галактик, но могут встречаться и в других галактиках. Они содержат очень старые звёзды, часто старше галактик, вокруг которых они вращаются. В Млечном Пути их около 150, и, возможно, ещё больше скрыто вблизи ядра или за облаками газа и пыли.

Астрономы обнаружили звездные потоки, исходящие от шаровых скоплений Млечного Пути, и нынешнее объяснение их существования заключается в том, что эти звезды были отброшены в результате гравитационного взаимодействия между скоплением и его родительской галактикой. Этот процесс, приливное отбрасывание, рассказывает о том, что звезды скопления переживали с течением времени. Это же явление отбрасывания также дает астрономам еще один инструмент для картирования темной материи, поскольку ее гравитационное влияние может играть роль в приливном отбрасывании.

Холм и ее команда выбрали галактику UGC9050-Dw1 для изучения её шаровых скоплений. Именно тогда они обнаружили слабое свечение приливного потока, простирающегося от одного из скоплений. На основании этого открытия они пришли к выводу, что в галактике должно быть большое количество тёмной материи. По словам Холм, это было ожидаемо для ультрадиффузной галактики. «Наши результаты согласуются с предыдущими исследованиями и тем, что они показали о тёмной материи в этой ультрадиффузной галактике. Мы измеряем её с помощью совершенно нового инструмента, демонстрируя, что этот метод работает и за пределами нашей собственной галактики», — сказала Холм.

Поскольку темная материя составляет значительную часть Вселенной, астрономы используют любые доступные методы для понимания ее распределения и влияния. «Мы показываем, что хорошо зарекомендовавший себя инструмент, используемый в исследованиях Млечного пути, может быть применен для понимания других галактик, где измерение распределения темной материи традиционно представляло собой очень сложную задачу», — сказала Холм.

«Хотя это открытие сосредоточено только на одном звездном потоке из одной далекой шаровой галактики, оно имеет значение для понимания темной материи во всей Вселенной. Поскольку она влияет на звезды шаровых скоплений, формируя потоки их звезд во время событий приливного срыва, эти потоки дают астрономам еще один способ оценить ее присутствие в широком диапазоне галактик. «Ранее полученные нами данные о темной материи, полученные из звездных потоков шаровых скоплений, ограничивались одной галактикой — нашей собственной», — объяснила Холм. «Возможность наблюдать эти потоки в совершенно разных типах галактик открывает двери для использования их для построения гораздо более широкого понимания того, как ведет себя темная материя».

Темная материя не только играет определяющую роль в «современной Вселенной», но и играла свою роль почти с самого начала космического времени. Частицы этого загадочного «вещества» существовали в самой ранней Вселенной. Один астроном предположил, что гравитационные волны сыграли роль в создании этого материала, возможно, превратившись в саму темную материю. Как бы она ни образовалась, она формировала галактики и звездообразование с самых ранних времен. И продолжает это делать, даже несмотря на то, что астрономы разрабатывают новые инструменты для ее картирования и изучения.