https://frosthead.com

Galaktikast läbi kumavate tähtede voog võib aidata pimedas paista valguses

Kui väike galaktika haihtub Linnuteele liiga lähedal, rullub meie suurema galaktika gravitatsioon selle sisse. Gaas ja tähed rebenevad mööduvast galaktikast, kui see langeb sisse oma hukatuse poole, luues materjalivooge, mis ulatuvad galaktilise paari vahele. Need voolud rebivad tähti edasi, kuni sissetungiv objekt on täielikult ära kulunud. Kui ühinemine on lõppenud, on ainsateks allesjäänud märkideks söödud objektist Linnutee kaudu tiirlevad tähevood, mis on juba ammu kadunud galaktika tähed.

Lisaks sellele, et see on mineviku rekord, võib üks neist voogudest olla esimene otsene tõendusmaterjal tumeda aine väikesemahuliste klastrite kohta - see on tabamatu materjal, mis arvatakse moodustavat 85 protsenti kogu universumi ainest. Tähtede jälje hiljutisest analüüsist selgub, et see suhtles tiheda esemega viimase paarisaja miljoni aasta jooksul. Pärast kõige tõenäolisemate kahtlusaluste välistamist otsustasid teadlased, et suhteliselt hiljuti tekkinud voolu tühimiku põhjuseks võib olla väike tumeda aine kogum. Kui see kinnitatakse, võiksid selle tähevoo pöörised aidata teadlastel läbi uurida konkureerivaid tumeainet käsitlevaid teooriaid ja läheneda isegi salapärase materjali omadustele.

Tähevoog, mida tuntakse GD-1 nime all, on õhuke materjalivoog, mis on kokku surutud Galaktika halo sisse, Linnutee ketast ümbritsev tähtte ja gaaside lahtine kogum. Kasutades eelmise aasta aprillis Euroopa Kosmoseagentuuri Gaia kosmoseteleskoobist avaldatud andmeid, mille koostamisel on koostatud Linnutee tähtede täpseim kaart, mis eales tehtud, said astronoomid kasutada täpseid asukoha andmeid, et taastada tähtede liikumine GD-s -1. Materjalipilvest rebenenud vool on objektist viimane jäänuk, mida meie galaktika on tõenäoliselt tarbinud viimase 300 miljoni aasta jooksul - silmalüli astronoomilisel ajakaval.

Gaia kosmoseteleskoop ESA Gaia kosmosevaatluskeskuse, astromeetrilise teleskoobi, mis on loodud tähtede asukoha ja liikumise mõõtmiseks, kunstnik. (ESA / NASA)

Gaia leidis ojast kaks väikest pausi, esimene ühemõtteline tähevoolu lünkade vaatlus, samuti tihe tähekogu, mida nimetatakse kannus. Need omadused koos viitavad sellele, et väike, kuid massiivne objekt raputas oja materjali üles.

"Ma arvan, et see on esimene otsene dünaamiline tõendusmaterjal tumeda aine väikesemahulise [struktuuri] kohta, " ütleb New Yorgis Flatironi instituudi astronoom Adrian Price-Whelan. Koostöös Ana Bonacaga Harvard-Smithsoniani astrofüüsika keskusest uuris Price-Whelan GD-1 uudselt levinud struktuure, et teha kindlaks nende allikas, ja esitas tulemused selle aasta alguses Ameerika astronoomiaühingu talvisel koosolekul.

**********

Ligikaudu 33 000 valgusaasta (10 kiloparsi) juures on GD-1 galaktiliste halode pikim tähevoog. Kui Price-Whelan ja tema kolleegid suutsid kasutada mudeleid, et näidata, et üks lünkadest tekkis tühimik, jäi teine ​​tühimik saladuseks. Kuid koos mõistatusega paljastas Gaia ka lahenduse: kannus.

Kui objekt rändab mööda tähevoolu või läbi selle, häirib see tähti. Price-Whelan võrdleb häireid tugeva õhujoaga, mis puhub üle veevoolu. Vesi või tähed ulatuvad häirija teele väljapoole, luues tühimiku. Mõned liiguvad nii kiiresti, et põgenevad oja eest ja lendavad kosmosesse, kaotades igaveseks. Teised tõmmatakse tagasi voolu, et moodustada pöörislaadsed tunnused, mida astronoomid kutsuvad kannusteks. Mõnesaja miljoni aasta pärast sulandub enamik kannuseid tagasi voolu ja alles jääb vaid lõhe, ehkki mõned võivad olla pikema elueaga.

Kui rääkida tähevoogude struktuuridest, nimetab Price-Whelan GD-1 "Goldilocksi ojaks", kuna see asub õiges kohas. GD-1 asub Linnutee tähtede piires, kuid liigub vastupidises suunas, mis teeb astronoomidel hõlpsamaks voogas olevate tähtede väljavõtmise ümbritsevatest objektidest. "Mis tahes asukohas liigub see erinevalt enamiku teiste tähtede selles taevaosas liikumisest, " ütleb Price-Whelan.

Teadlased modelleerisid, mis tüüpi objektid võivad vastutada GD-1 täheldatud suhteliselt vastsündinud kannuse eest. Nad tegid kindlaks, et vastutav objekt peab kaaluma kuskil 1–100 miljonit korda suuremat massi kui päikese mass. Venitades vaid umbes 65 valgusaastat (20 tk), oleks objekt olnud uskumatult tihe. Voolu ja tiheda objekti vaheline interaktsioon oleks tõenäoliselt toimunud viimase mõnesaja miljoni aasta jooksul universumi 13, 8 miljardist eluaastast.

Linnutee skeem Meie galaktika, Linnutee, skeem. (NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC / Caltech))

Tume aine pole ainus objekt, mis võis tähevoogu häirida. Läheduses hõljuv ümmargune klaster või kääbusgalaktika võis samuti tekitada lõhe ja kannus. Price-Whelan ja tema kolleegid pöörasid pilgu kõigi teadaolevate selliste objektide poole ja arvutasid nende orbiidid, leides, et ükski neist ei olnud viimase miljardi aasta jooksul GD-1-le piisavalt lähedal, et asju raputada. Juhuslik kohtumine ürgse musta auguga oleks võinud voolu tähed lennata, kuid see oleks olnud äärmiselt haruldane sündmus.

Tumeda aine simulatsioonide kohaselt, mis võimaldavad väikseid struktuure, hajutatakse hulgaliselt tumeaine seemneid galaktikate kaudu nagu Linnutee. Eeldatakse, et selline vool nagu GD-1 kohtab viimase 8 miljardi aasta jooksul vähemalt ühte sellist seemet, muutes tumeda aine kohtumismäärade põhjal palju tõenäolisemaks häiringuks kui ükski teine ​​objekt.

**********

Tume aine moodustab suurema osa massist universumis, kuid seda pole kunagi otseselt täheldatud. Selle olemasolu kaks juhtivat teooriat on sooja tumeaine mudel ja Lambda külma tumeaine mudel (ΛCDM), mida enamus teadlasi eelistab. ΛCDM all moodustab tumeaine tükke, mis võivad olla nii suured kui galaktika või nii väikesed kui soodapurk. Sooja tumeda aine mudelid näitavad, et materjalil on vähem massiivseid osakesi ja sellel puuduvad purgisuurused struktuurid, mida ΛCDM-mudel soovitab. Tõestusmaterjali leidmine tumeda materjali väikesemõõtmeliste struktuuride kohta võib aidata teatud mudeleid välja rikkuda ja hakata tüütu värgi mõnda omadust kitsendama.

"Voolud võivad olla ainus võimalus, mida me saaksime [kasutada], et uurida, mis on tumeda aine kõige madalam massilõpp, " ütleb Price-Whelan. "Kui tahame olla võimelised kinnitama või tagasi lükkama või välistama tumeda aine erinevaid teooriaid, peame tõesti teadma, mis toimub [madalas] otsas."

Gaia andmed aitasid tuvastada kangutähti, kuid see pole piisavalt üksikasjalik, et võrrelda nende ja voos olevate tähtede kiiruserinevusi, mis võib aidata kinnitada, et tumeaine häiris struktuuri. Price-Whelan ja tema kolleegid soovivad kasutada NASA Hubble'i kosmoseteleskoopi, et täiendavalt uurida nõrkade tähtede liikumist GD-1-s. Ehkki Gaia on avanud ukse tähtede liikumise Linnutee laiaulatuslikule uurimisele, ei saa Price-Whelan öelda, et väga nõrkade tähtede osas ei saa ta HST-ga võistelda. "Saate puurida palju sügavamale, kui teil on spetsiaalne teleskoop, näiteks Hubble, " ütleb ta.

Erinevused voolu ja kanguse tähtede liikumises võivad aidata astronoomidel kindlaks teha, kui palju energiat häiriv objekt kandis, ning võimaldada teadlastel arvutada selle orbiidi. Neid andmeid saab kasutada hävitava tumeaine kogumi leidmiseks ja selle lähima keskkonna uurimiseks.

Lisaks GD-1 põhjalikumale uurimisele plaanivad astronoomid kohaldada samu tehnikaid, mida võimaldavad Gaia andmed, mõnele enam kui 40-st Linnutee ümbritsevast voost. Teiste voogude kannuste ja lünkade märkamine ning nende sidumine tumeda ainega võiks veelgi parandada meie arusaamist sellest, kuidas salapärane aine interakteerub nähtava galaktikaga.

Pärast aastakümneid kestnud mõistatust tumeda aine müsteeriumi üle, võivad lüngad ja pöörded tähevoogudes nagu GD-1 lõpuks aidata paljastada suurema osa universumist moodustava aine saladusi. "See on üks põnevamaid asju, mis Gaiast välja on tulnud, " ütleb Price-Whelan.

Galaktikast läbi kumavate tähtede voog võib aidata pimedas paista valguses