На основе 18-летних наблюдений за карликовой галактикой Дракон, расположенной на расстоянии около 250 000 световых лет от Земли, проведенных с помощью космического телескопа «Хаббл», ученым удалось создать самую точную на сегодняшний день трехмерную карту движения звезд внутри этой небольшой галактики.
Усовершенствованные измерения помогают «пролить свет» на свойства, поведение и распределение темной материи. Темная материя — одна из величайших загадок современной астрофизики, и считается, что она составляет большую часть массы галактик.
Поиск темной материи в галактиках
Темная материя — это материя, которая не видна нам, потому что не взаимодействует с электромагнитным излучением. Она составляет около 85 % от общего количества материи во Вселенной. Именно кривые вращения галактик, которые показывают, что звезды на краях движутся быстрее, чем ожидалось, и указывают на большую массу, чем мы видим, позволяют предположить наличие темной материи.
Для нашего нынешнего понимания космоса эта темная материя, похоже, вместе с водородом образует настоящую сеть нитей, называемую космической паутиной, в узлах которой сцепляются галактики. Эффекты ее гравитационного взаимодействия с остальной материей — единственный доступный нам на сегодняшний день способ составить ее карту.
Компьютерное моделирование предполагает, что темная материя должна скапливаться в центре галактик, образуя «вершинные» структуры. Однако предыдущие наблюдения показали более равномерное распределение внутри галактик, между гало и центром, что создает несоответствие между теоретическими моделями и данными наблюдений. Это несоответствие побудило ученых искать более точные методы изучения распределения.
Погоня за звездами для составления карты темной материи
Исследовательская группа под руководством Эдуардо Витраля из Научного института космического телескопа (STScI) в Балтиморе использовала инновационную методику для анализа движения звезд в карликовой галактике Дракон.
Эта галактика была выбрана по нескольким причинам. Во-первых, она имеет высокое содержание темной материи, поскольку известно, что карликовые галактики имеют более высокую долю темной материи, чем другие типы галактик. Кроме того, это сфероидальная карликовая галактика, а ее относительно простая форма облегчает моделирование и анализ звездных движений. Наконец, она является спутником Млечного Пути, а значит, дает возможность изучать взаимодействия и с нашей Галактикой.
Команда проанализировала данные телескопа «Хаббл» за период почти в два десятилетия — с 2004 по 2022 год. Такой длинный временной ряд наблюдений очень важен для точного измерения движения звезд.
Объединив измерения лучевой скорости, то есть скорости вдоль луча зрения, с собственными движениями звезд, а значит, и с их движениями в плоскости неба, астрономы получили беспрецедентное трехмерное представление о галактической динамике.
Достигнутая точность необычайно высока: она эквивалентна измерению годового смещения, чуть меньшего, чем ширина мяча для гольфа, видимого на Луне с Земли.
Последствия
Полученные результаты свидетельствуют в пользу того, что распределение темной материи больше похоже на перемычку, что согласуется с космологическими предсказаниями. Таким образом, исследование представляет собой важный шаг вперед в нашем понимании темной материи и формирования галактик.
Тем более что методология, разработанная для карликовой галактики Дракона, в будущем может быть применена и к другим галактикам, открывая новые перспективы для исследований. Команда уже анализирует наблюдения Хаббла за карликовой галактикой в созвездии Скульптор и галактикой Ursa Minor.
Кроме того, европейский космический телескоп «Евклид», который начнет свое наблюдение 14 февраля 2024 года, и будущий аппарат НАСА «Нэнси Грейс Роман» обещают раскрыть новые подробности о свойствах темной материи в нескольких галактиках, благодаря их способности наблюдать большие участки неба.
С исследованием, принятым к публикации в журнале The Astrophysical Journal, можно ознакомиться здесь.
