Разгадана космологическая загадка галактик-спутников Млечного Пути
Астрономы говорят, что они решили неразрешимую проблему, которая бросила вызов нашему пониманию того, как развивалась Вселенная, — пространственное распределение слабых галактик-спутников, вращающихся вокруг Млечного Пути. Эти галактики-спутники демонстрируют причудливую ориентацию — кажется, что они лежат на огромной тонкой вращающейся плоскости, называемой «плоскостью спутников». Выводы опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Одна из новых симуляций с высоким разрешением темной материи, окутывающей Млечный Путь и ее соседку, галактику Андромеды. Новое исследование показывает, что более ранние неудачные попытки найти аналоги плоскости спутников, окружающих Млечный Путь, в моделировании темной материи были связаны с отсутствием разрешения. Предоставлено: сотрудничество Тилля Савалы и Sibelius.
Это, казалось бы, маловероятное расположение озадачивало астрономов более 50 лет, заставляя многих сомневаться в достоверности стандартной космологической модели, которая пытается объяснить, как Вселенная стала выглядеть так, как она выглядит сегодня.
Теперь новое исследование, проведенное совместно университетами Дарема, Великобритания, и Хельсинки, Финляндия, показало, что плоскость спутников — это космологическая причуда, которая со временем растворится так же, как меняются звездные созвездия.
Их исследование устраняет вызов, брошенный плоскостью спутников стандартной модели космологии.
Эта модель объясняет формирование Вселенной и то, как галактики, которые мы видим сейчас, постепенно формировались внутри сгустков холодной темной материи — загадочного вещества, составляющего около 27% Вселенной.
Спутники Млечного Пути кажутся расположенными в неправдоподобно тонкой плоскости, пронизывающей галактику, и, как ни странно, они также вращаются в когерентном и долгоживущем диске.
Неизвестен физический механизм, который делал бы спутники плоскостями. Вместо этого считалось, что галактики-спутники должны располагаться примерно в круглой конфигурации, повторяющей темную материю.
С тех пор как в 1970-х годах была открыта плоскость спутников, астрономы безуспешно пытались найти подобные структуры в реалистичных суперкомпьютерных симуляциях, которые отслеживают эволюцию Вселенной от Большого взрыва до наших дней.
Тот факт, что расположение спутников не могло быть объяснено, заставил исследователей думать, что теория образования галактик с холодной темной материей может быть ошибочной.
Однако в этом последнем исследовании астрономы использовали новые данные космической обсерватории Gaia Европейского космического агентства. Gaia составляет шестимерную карту Млечного Пути, обеспечивая точное положение и измерения движения примерно одного миллиарда звезд в нашей галактике (около 1% от общего числа) и сопутствующих систем.
Положения и орбиты 11 классических галактик-спутников Млечного Пути, спроецированные «лицом к лицу» (вверху) и «ребром» (внизу), объединенные на 1 миллиард лет в прошлое и будущее. Правые панели являются увеличенным изображением левых панелей. Черная точка отмечает центр Млечного Пути, стрелки отмечают наблюдаемые положения и направления движения спутников. Хотя в настоящее время они выстраиваются в плоскости (обозначенной серой горизонтальной линией), эта плоскость быстро растворяется по мере движения спутников по своим орбитам. Предоставлено: сотрудничество Тилля Савалы и Sibelius.
Эти данные позволили ученым спроецировать орбиты галактик-спутников в прошлое и будущее и увидеть, как плоскость формируется и распадается за несколько сотен миллионов лет — простое мгновение ока по космическим меркам.
Исследователи также искали новые, сделанные на заказ космологические симуляции для свидетельств существования плоскостей спутников.
Они поняли, что предыдущие исследования, основанные на моделировании, были введены в заблуждение, поскольку не учитывали расстояния до спутников от центра Галактики, из-за чего виртуальные спутниковые системы казались намного более круглыми, чем настоящие.
Принимая это во внимание, они нашли несколько виртуальных Млечных Путей, которые могут похвастаться плоскостью галактик-спутников, очень похожей на ту, что видна в телескопы.
Исследователи говорят, что это устраняет одно из главных возражений против достоверности стандартной модели космологии и означает, что концепция темной материи остается краеугольным камнем нашего понимания Вселенной.
Соавтор исследования профессор Карлос Френк, огденский профессор фундаментальной физики в Институте вычислительной космологии Даремского университета, Великобритания, сказал: «Странное выравнивание галактик- спутников Млечного Пути в небе десятилетиями ставило астрономов в тупик, что это считалось серьезным вызовом космологической ортодоксии.
«Но благодаря потрясающим данным со спутника «Гайя» и законам физики мы теперь знаем, что плоскость — это всего лишь случайное совмещение, вопрос того, чтобы оказаться в нужном месте в нужное время, точно так же, как созвездия звезд в небо.
«Вернитесь через миллиард лет, и плоскость распадется, как и сегодняшние созвездия.
«Нам удалось устранить одну из главных нерешенных проблем теории холодной темной материи. Она продолжает давать удивительно точное описание эволюции нашей Вселенной».
Ведущий автор исследования доктор Тилль Савала из Хельсинкского университета сказал: «План спутников был поистине ошеломляющим.
«Возможно, неудивительно, что загадка, которая существует уже почти пятьдесят лет, требует комбинации методов для ее решения — и международной команды, чтобы собраться вместе».
