Астрономы предсказали до 100 галактик-спутников у Млечного Пути
Млечный Путь может быть окружен гораздо большим количеством галактик-спутников, чем считается — таковы выводы космологов из Даремского университета, использовавших новую методику, сочетающую самые высокодетализированные из существующих суперкомпьютерных симуляций с новыми математическими моделями.
Исследование, представленное на Национальном астрономическом собрании Королевского астрономического общества, предсказывает существование «потерянных» галактик-«сирот», которых вблизи Млечного Пути может быть на 80 или 100 больше, нежели предполагалось ранее.
В чем карликовые галактики не согласуются с моделью ΛCDM
Если эти галактики будут обнаружены телескопами, это может стать серьезным подтверждением теории Lambda-Cold Dark Matter (ΛCDM), которая объясняет крупномасштабную структуру Вселенной и процесс формирования галактик.
Согласно этой модели, обычная материя в форме атомов составляет лишь 5% от общего содержания Вселенной, 25% — это холодная темная материя (CDM), а оставшиеся 70% — темная энергия. Галактики формируются в центре гигантских скоплений темной материи, называемых гало. Большинство из них — карликовые галактики-спутники, вращающиеся вокруг более массивной галактики, такой как наша.
Наблюдения, как и прежде проводившиеся симуляции, обнаруживают на порядок меньше маленьких галактик, чем предполагает теория. Эта несостыковка, известная как проблема дефицита карликовых галактик, бросает вызов самой убедительной на сегодня модели ΛCDM.
Теперь астрономы показали, что «потерянные» спутники Млечного Пути — это чрезвычайно тусклые галактики, почти полностью лишенные своих родительских гало темной материи из-за гравитации гало нашей Галактики. Они теряются в большинстве симуляций, но должны сохраниться в реальной Вселенной.
Исследователи смогли отследить количество, распределение и свойства этих галактик-«сирот» Млечного Пути. Они уверены, что вокруг нашей Галактики должно существовать гораздо больше спутников, и надеются, что новые инструменты, такие как недавно заработавшая камера обсерватории Рубин LSST, помогут найти эти очень тусклые объекты.
«Мы знаем, что у Млечного Пути около 60 подтвержденных галактик-спутников, но считаем, что вокруг него должно вращаться еще несколько десятков таких тусклых галактик на близких расстояниях. Если наши прогнозы верны, это станет дополнительным подтверждением теории Lambda-Cold Dark Matter о формировании и эволюции структуры Вселенной. Наблюдательные астрономы используют наши предсказания в качестве ориентира для сравнения с новыми полученными данными. Возможно, вскоре мы сможем увидеть эти "потерянные" галактики, что будет невероятно захватывающе и может рассказать нам больше о том, как Вселенная стала такой, какой мы видим ее сегодня», — заявила ведущая исследовательница Изабель Сантос-Сантос из Института вычислительной космологии факультета физики Даремского университета.
Темную материю забрал Млечный Путь
Концепция ΛCDM прошла множество проверок, но в последнее время столкнулась с проблемами из-за загадочных наблюдательных данных о карликовых галактиках. Исследователи из Дарема отмечают, что даже лучшие из существующих космологических симуляций, которые включают газ, звездообразование и темную материю, не обладают достаточным разрешением для изучения столь тусклых объектов. Кроме того, им не хватает точности для отслеживания эволюции небольших гало темной материи.
Между тем очевидно, что за миллиарды лет гравитация Млечного Пути должна разрушать гало, оставляя галактики-спутники «сиротами». В симуляциях так и происходит — но в реальной Вселенной такие галактики должны сохраняться.
Ученые объединили космологические суперкомпьютерные симуляции с аналитическими моделями, чтобы преодолеть эти численные проблемы. Среди них — симуляция Aquarius — самая высокодетализированная симуляция гало темной материи Млечного Пути из когда-либо созданных. Также использовалась модель GALFORM — передовой код, разработанный в Дареме за последние два десятилетия, который учитывает детальные физические процессы, ответственные за формирование и эволюцию галактик.
Результаты показали, что гало темной материи, в которых могут находиться галактики-спутники, вращались вокруг центрального гало Млечного Пути большую часть возраста Вселенной, что привело к потере их темной материи и звездной массы, делая их очень маленькими и тусклыми.
Ученые ждут подтверждения
По подсчетам авторов, у Млечного Пути может быть на 80–100 галактик-спутников больше, чем известно. Особое внимание в исследовании уделено примерно 30 недавно обнаруженным кандидатам. Однако по сей день нет уверенности — это карликовые галактики или шаровые звездные скопления.
«Если популяция очень тусклых спутников, которую мы предсказываем, будет обнаружена благодаря новым данным, это станет выдающимся успехом теории ΛCDM о формировании галактик. Это также станет яркой иллюстрацией силы физики и математики. Используя законы физики, решенные с помощью мощного суперкомпьютера, и математическое моделирование, мы можем делать точные предсказания, которые астрономы смогут проверить с помощью новых мощных телескопов. Лучше и быть не может», — заключил профессор Карлос Френк из Института вычислительной космологии факультета физики Даремского университета, соавтор исследования.