Спутники Млечного Пути помогают выявить связь между ореолами темной материи и образованием галактик

Спутники Млечного Пути помогают выявить связь между ореолами темной материи и образованием галактик

Точно так же, как у Солнца есть планеты, а у планет есть спутники, у нашей галактики есть спутниковые галактики, и некоторые из них могут иметь собственные меньшие спутниковые галактики. Считается, что Большое Магелланово Облако (LMC), относительно большая спутниковая галактика, видимая из Южного полушария, как полагают, принесло с собой по меньшей мере шесть из своих собственных спутниковых галактик, когда оно впервые приблизилось к Млечному пути, основываясь на недавних измерениях из Gaia миссия Европейского космического агентства.

Астрофизики полагают, что темная материя ответственна за большую часть этой структуры, и теперь исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США и Обзора темной энергии опираются на наблюдения слабых галактик вокруг Млечного пути, чтобы наложить более жесткие ограничения на связь между размер и структура галактик и гало темной материи, которые их окружают. В то же время они нашли больше доказательств существования спутниковых галактик LMC и сделали новый прогноз: если модели ученых верны, Млечный путь должен иметь еще 150 или более очень слабых спутниковых галактик, ожидающих открытия к следующему проекты генерации, такие как «Обследование пространства и времени в обсерватории Веры К. Рубина».

Новое исследование, опубликованное в « Астрофизическом журнале» и доступное здесь в качестве препринта, является частью более широких усилий по пониманию того, как темная материя работает в масштабах, меньших, чем наша галактика, сказал Этан Надлер, первый автор исследования и аспирант в Кавли. Институт астрофизики и космологии частиц (KIPAC) и Стэнфордский университет.

«Мы знаем кое-что о темной материи очень хорошо – сколько там темной материи, как она группируется, – но все эти утверждения уточняются, говоря: да, именно так она ведет себя в масштабах, превышающих размер нашей местная группа галактик “, сказал Надлер. «И тогда возникает вопрос, работает ли это в наименьших масштабах, которые мы можем измерить?»

Сияющий свет галактик на темной материи

Астрономы давно знают, что в Млечном Пути есть спутниковые галактики, в том числе Большое Магелланово Облако, которое можно увидеть невооруженным глазом из Южного полушария, но считалось, что их число составляет около дюжины или около того, примерно до 2000 года. затем число наблюдаемых спутниковых галактик резко возросло. Благодаря Sloan Digital Sky Survey и более поздним открытиям проектов, включая Dark Energy Survey (DES), число известных спутниковых галактик возросло до 60.

Такие открытия всегда волнуют, но, пожалуй, самое захватывающее то, что данные могут рассказать нам о космосе. «Впервые мы можем искать эти спутниковые галактики примерно в трех четвертях неба, и это действительно важно для нескольких различных способов изучения темной материи и образования галактик», – сказала Риса Векслер, директор KIPAC. Например, в прошлом году Векслер, Надлер и коллеги использовали данные о спутниковых галактиках в сочетании с компьютерным моделированием, чтобы установить гораздо более жесткие ограничения на взаимодействия темной материи с обычной материей.

Теперь Векслер, Надлер и команда DES используют данные всестороннего поиска по большей части неба, чтобы задавать разные вопросы, в том числе, сколько темной материи требуется для формирования галактики, сколько спутниковых галактик мы должны найти вокруг Млечного Путь и смогут ли галактики вывести свои спутники на орбиту вокруг нашей – это ключевой прогноз самой популярной модели темной материи.

Намеки галактической иерархии

Ответ на этот последний вопрос звучит как «да».

Возможность обнаружения иерархии спутниковых галактик впервые появилась несколько лет назад, когда DES обнаружил больше спутниковых галактик в окрестностях Большого Магелланова Облака, чем они ожидали, если бы эти спутники были случайно распределены по небу. Эти наблюдения особенно интересны, сказал Надлер, в свете измерений Gaia, которые показали, что шесть из этих спутниковых галактик упали в Млечный Путь с LMC.

Для более тщательного изучения спутников LMC Надлер и его команда проанализировали компьютерное моделирование миллионов возможных вселенных. Эти симуляции, первоначально проведенные Яо-Юань Мао, бывшим аспирантом школы Векслера, который сейчас работает в университете Рутгерса, моделируют формирование структуры темной материи, которая пронизывает Млечный путь, включая такие детали, как небольшие скопления темной материи в Млечном пути, которые ожидается размещение спутниковых галактик. Чтобы соединить темную материю с образованием галактики, исследователи использовали гибкую модель, которая позволяет им учитывать неопределенность в современном понимании формирования галактики, включая взаимосвязь между яркостью галактик и массой скоплений темной материи, в которой они образуются.

Усилия, предпринятые другими членами команды DES, в том числе бывшими студентами KIPAC Алексом Дрликой-Вагнером, научным сотрудником Уилсона в Фермилаб и доцентом астрономии и астрофизики в Чикагском университете, и Китом Бехтолом, доцентом физики в Университет Висконсин-Мэдисон и его сотрудники сделали решающий заключительный шаг: модель спутниковых галактик, которые наиболее вероятно будут видны при текущих съемках, с учетом их расположения на небе, а также их яркости, размера и расстояния.

С этими компонентами команда провела свою модель с широким диапазоном параметров и искала модели, в которых LMC-подобные объекты попадали в гравитационное притяжение галактики, похожей на Млечный Путь. Сравнивая эти случаи с галактическими наблюдениями, они могли бы вывести ряд астрофизических параметров, включая количество спутниковых галактик, которые должны были быть помечены вместе с LMC. Результаты, сказал Надлер, согласуются с наблюдениями Gaia: в настоящее время в окрестностях LMC должны быть обнаружены шесть спутниковых галактик, движущихся примерно с правильными скоростями и примерно в тех же местах, что ранее наблюдали астрономы. Моделирование также показало, что LMC впервые приблизился к Млечному Пути около 2,2 миллиарда лет назад, что согласуется с высокоточными измерениями движения LMC с космического телескопа Хаббла.

Галактики еще не видны

В дополнение к выводам LMC, команда также установила ограничения на связь между гало темной материи и структурой галактики. Например, в симуляциях, которые наиболее близко соответствовали истории Млечного Пути и БМО, самые маленькие галактики, которые астрономы могли наблюдать в настоящее время, должны иметь звезды с общей массой около ста солнц и примерно в миллион раз больше темной материи. Согласно экстраполяции модели, самые слабые галактики, которые когда-либо можно было наблюдать, могли образовываться в гало массой до сотни раз меньше, чем это.

И может появиться больше открытий: если симуляции верны, сказал Надлер, существует еще около 100 спутниковых галактик – более чем вдвое больше уже обнаруженных – парящих вокруг Млечного Пути. По его словам, открытие этих галактик поможет подтвердить модель связи между темной материей и образованием галактики и, вероятно, наложить более жесткие ограничения на природу самой темной материи.

Исследование было совместным усилием в рамках «Обзора темной энергии», возглавляемой Рабочей группой Млечного Пути, с существенным вкладом младших членов, включая Сидни Мау, студента Чикагского университета, и Митча Макнанна, аспиранта UW-Madison. Исследование было поддержано стипендией Национального научного фонда, Управлением науки Департамента энергетики через SLAC и Стэнфордским университетом.


Источник истории:

Материалы предоставлены Национальной ускорительной лабораторией DOE / SLAC . Оригинал написан Натаном Коллинзом. Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.


Связанные мультимедиа :


Ссылка на журнал :

  1. Е. О. Надлер, Р. Х. Векслер, К. Бехтол, Ю. -Ю. Мао, Дж. Грин, А. Дрлика-Вагнер, М. Макнанна, С. Мау, А. Б. Пейс, Дж. Д. Саймон, А. Кравцов, С. Додельсон, Т. С. Ли, А. Х. Райли, М. Ю. Ван, ТМЦ Эббот, М. Агуена, С. Аллам, Дж. Аннис, С. Авила, Г. М. Бернштейн, Э. Бертин, Д. Брукс, Д. Л. Берк, А. Карнеро Роселл, М. Карраско Кинд, Дж. Карретеро, М. Костанци, Л. Н. да Коста, Дж. Де Висенте, С. Десаи, А. Э. Эврард, Б. Флаухер, П. Фосальба, Дж. Фриман, Дж. Гарсия-Беллидо, Э. Газтанага, Д. В. Гердес, Д. Грюн, Дж. Гшвенд, Г. Гутьеррес, У. Г. Хартли, С. Р. Хинтон, К. Хоншайд, Э. Краузе, К. Куен, Н. Куропаткин, О. Лахав, М. Г. Майя, Дж. Л. Маршалл, Ф. Менанто, Р. Микел, А. Палмезе, Ф. Пас-Чинчон, А. А. Плазас, Э. Санчес, Б. Сантьяго, В. Скарпайн, С. Серрано, М. Смит, М. Соареш-Сантос, Э. Сучита, Г. Тарле, Д. Томас, Т. Н. Варга, А. Р.Спутниковая перепись Млечного Пути – II. Ограничения связи между Галактикой и Гало, включая влияние Большого Магелланова Облака . отправлено в arXiv , 2020 [ ссылка ]