Кейсы 25 ноября 2022

Гало Млечного Пути скрывает катастрофу прошлого и темную материю

Далее

Исследователи впервые установили форму галактического гало Млечного Пути. Разреженная невидимая структура, окружающая нашу Галактику, раскрывает секреты прошлого и содержит подсказки о том, где нужно искать темную материю. «Хайтек» рассказывает, что узнали ученые.

-1-

Что такое галактическое гало?

Галактическое гало — огромная «невидимая» газовая оболочка, окружающая галактику. Считается, что она состоит в основном из разреженного горячего газа, звезд и темной материи. В отличие от видимого компонента — плоской структуры галактического диска — галактическое гало представляет собой структуру по форме близкую к сфере.

Наиболее ярко различия между диском и сферической формой гало проявляются в спиральных галактиках. В эллиптических галактиках такого резкого перехода нет, и трехмерная вытянутая в объеме структура диска плавно переходит в шар гало. У гало, как и у галактик, нет четко очерченных границ: по мере удаления от центра гравитационное притяжение ослабевает, газ и другие компоненты становятся все более и более разреженными.


-2-

Из чего состоит гало?

В 2020 году космический телескоп «Хаббл» представил наиболее подробное исследование гало галактики Андромеды. Это «соседка» Млечного Пути, поэтому проводить ее исследования проще всего. 

Астрофизики установили, что слабое, почти невидимое гало рассеянной плазмы простирается на 1,3 млн световых лет от Андромеды в направлении Млечного Пути и до 2 млн световых лет в других направлениях. Напомним, сама галактика находится на расстоянии примерно в 2,5 млн световых лет от Земли. Если бы гало можно было увидеть, то Андромеда занимала бы на ночном небе область сравнимую по площади с созвездием Большой Медведицы.

Исследователи также обнаружили, что ореол имеет слоистую структуру с двумя основными вложенными и отдельными газовыми оболочками. При этом внешняя оболочка более «гладкая» и горячая, а внутренняя испытывает сильные воздействия от сверхновых звезд. Галактические галактики далеких систем не изучены до такой степени, но ученые полагают, что они имеют схожую структуру.

Современная космологическая теория выделяет три составных элемента галактического гало: звездный ореол (звездное гало), галактическую корону и ореол темной материи.

Визуализация гало Андромеды. Данные получены на основе исследования прохождения света от квазаров (желтые точки), расположенных за галактикой. Изображение: NASA, ESA, and E. Wheatley (STScI)

-3-

Сколько звезд в ореоле?

Звездное гало объединяет популяцию звезд и шаровых скоплений, окружающих галактический диск. Подобные структуры найдены вокруг большинства известных спиральных галактик и у некоторых эллиптических. Форма ореола напоминает эллипс, окружающий звездный диск. 

Несмотря на огромные размеры оно включает всего около 1% от общего объема звезд, а потому светится гораздо меньше галактического диска и незаметно при наблюдениях в оптическом диапазоне.

Астрофизическое моделирование галактик предсказывает, что звездные гало должны состоять из двух компонентов. Во внутренней области преобладают звезды и шаровые скопления, образовавшиеся в самой галактике, а во внешней — захваченные в результате слияния с другими системами. Ученые полагают, что гало образовано в основном старыми звездами, а звездообразование в нем фактически остановлено.


-4-

Зачем галактике корона?

Галактическая корона — разреженное облако молекулярного газа, простирающееся далеко от галактического центра. Исследователи считают, что короны — это остатки первичного облака газа, которое коллапсировало, чтобы образовать галактику. 

Хотя разреженный газ невидим, его можно обнаружить при помощи микроволнового излучения, соответствующего ионизированному водороду. Линия нейтрального водорода или линия 21 см — это микроволновое излучение с длиной волны 21,1 см, которая соответствует квантам, испускаемым при изменении энергетического состояния нейтральных атомов водорода.

Исследователи полагают, что галактическая корона — это первая линия «защиты» галактики. Она предотвращает утечку внутреннего газа, который служит для звездообразования. 

Корона Большого и Малого Магеллановых Облаков, защищающая их от воздействия Млечного Пути. Изображение: STScI, Leah Hustak

-5-

Ореол темной материи

Третий элемент галактического гало — это ореол темной материи. Хотя сам факт существования темной материи до сих пор не подтвержден, эта теория лучше всего описывает наблюдения. Темная материя не взаимодействует с электромагнитным излучением, не испускает и не поглощает свет на любых длинах волн, поэтому ее нельзя увидеть. Тем не менее она оказывает гравитационное воздействие на окружающие объекты.

Согласно существующей теории, темная материя простирается по всей галактике и окружает ее видимые компоненты. При этом ее масса существенно превышает массу всех остальных объектов галактики вместе взятых. Ореол темной материи не был визуализирован и используется в качестве теоретического компонента, который объясняет гравитационные воздействия, определяющие движения тел внутри галактики.


-6-

Что узнали ученые?

Новое исследование выявило истинную форму звездного ореола Млечного Пути. На протяжении долгого времени исследователи полагали, что он должен представлять собой почти правильную сферу. Оказалось, это не так: рассеянное звездное облако имеет продолговатую форму и наклонено под углом к галактическому диску. Внешне это напоминает наклоненный мяч для американского футбола.

Кроме того, исследователи полагают, что необычная структура также свидетельствует о наличии и наклонном положении темной материи ореола Млечного Пути.

Модель гало Млечного Пути. Изображение: Melissa Weiss/Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian

-7-

Как провели исследование?

Для анализа ученые использовали два набора данных наблюдений за звездами, составляющими гало. Первый из них, получен в результате работы спутника Европейской космической академии GAIA. Это космический телескоп, который был запущен в 2013 году и выполняет сплошной обзор ночного неба, чтобы составить самую подробную карту объектов Млечного Пути и ближайшего космоса.

Второй набор данных получен в результате исследования H3 (Hectochelle in the Halo в высоком разрешении). Это данные наземных наблюдений за звездами гало, которые были выполнены при помощи телескопов обсерватории Фреда Лоуренса Уиппла в Аризоне. H3 собрал подробные наблюдения за десятками тысяч звезд гало, находящихся слишком далеко, чтобы Гайя могла их оценить.

Исследователи объединили данные двух наблюдений, чтобы оценить форму звездного гало.


-8-

Почему это важно?

Свойства звездного гало «хранят» историю образования галактики. В частности, эллиптическая наклонная форма гало Млечного Пути, полученная в результате наблюдений, подтверждает одну из теорий его формирования.

Исследователи полагают, что гало Млечного Пути — результат столкновения с карликовой галактикой от 7 до 10 млрд лет назад. В результате этого галактического столкновения карликовая галактика была разорвана на части, а составляющие ее звезды рассеялись в гало. Такая история происхождения объясняет отличия «населения» гало от звезд диска Млечного Пути.

При этом трехосный эллипсоид, отражает наблюдения двух групп звезд в звездном гало. Скопления образовались, когда карликовая галактика прошла две орбиты Млечного Пути. Во время движения она дважды замедлилась бы в так называемых апоцентрах, самых дальних точках на орбите карликовой галактики, считают ученые. Эти паузы привели к дополнительному сбросу звезд и формированию концентрированных областей. Наклон звездного гало указывает на то, что карликовая галактика столкнулся с Млечным Путем под углом.


-9-

Что дальше?

Тот факт, что наклонная форма сохранилась спустя такое большое количество времени, служит дополнительным признаком существования темной материи, полагают ученые. Именно ореол темной материи удерживает звезды от сдвига в сторону классической формы, напоминающей сфероид. 

Исследователи полагают, что дальнейший анализ звездного ореола поможет понять, в каких областях галактического гало Млечного Пути концентрация темной материи выше всего и сконцентрировать исследования с помощью детекторов частиц темной материи в этих направлениях.


Читать далее:

Коров накормили коноплей и проверили, что стало с их молоком

Названа главная опасность лунной миссии «Артемида»

Создана навигационная система, которая точнее, чем GPS