https://frosthead.com

Tokovi zvezd, ki kačejo skozi Galaksijo, bi lahko pomagali prižgati svetlobo v temnem materialu

Ko se majhna galaksija približa Mlečni poti, jo gravitira gravitacija iz naše večje galaksije. Plin in zvezde se odtrgajo iz mimohodne galaksije, ko pade navznoter proti svoji usodi in ustvari tokove materiala, ki se raztezajo med galaktičnim parom. Ti tokovi še naprej raztrgajo zvezde, dokler ni propadajoč objekt popolnoma porabljen. Po končani združitvi so nekateri edini preostali znaki požrtega predmeta zvezdni tokovi, ki se vijejo po Mlečni poti, majhen vzorec zvezd iz galaksije, ki je že zdavnaj minil.

Poleg tega, da je zapis preteklosti, lahko eden od teh tokov nudi prve neposredne dokaze za majhne grozde temne snovi - nedosegljiv material, za katerega se domneva, da predstavlja 85 odstotkov vse snovi v vesolju. Nedavna analiza sledov zvezd razkriva, da je v zadnjih nekaj sto milijonih let ta posegla z gostim objektom. Po izključitvi najverjetnejših osumljencev so raziskovalci ugotovili, da je lahko relativno nedavno nastal prepad v potoku posledica majhne gruče temne snovi. Če bo potrjeno, bi lahko vrtinci tega zvezdnega toka znanstvenikom pomagali razvrščati konkurenčne teorije o temni snovi in ​​morda celo približati značilnosti skrivnostnega materiala.

Zvezdni tok, znan kot GD-1, je tanek pretok materiala, zataknjenega znotraj Galaktičnega haloa, ohlapne zbirke zvezd in plinov, ki obdajajo disk Mlečne poti. S pomočjo podatkov, ki so jih aprila aprila objavili s vesoljskega teleskopa Gaia Evropske vesoljske agencije, ki je v postopku sestavljanja najbolj podrobnega zemljevida zvezd Mlečne poti, kar so jih kdaj naredili, so astronomi lahko uporabili natančne pozicijske podatke za rekonstrukcijo gibanja zvezd v GD -1 Potok, raztrgan iz oblaka materiala, je zadnji ostanek predmeta, ki ga je naša galaksija verjetno porabila v zadnjih 300 milijonih let - utripa o astronomskih časovnicah.

Vesoljski teleskop Gaia Upodabljalec umetniškega vesoljskega opazovalnika Gaia, vesoljski teleskop, zasnovan za merjenje položajev in premikov zvezd. (ESA / NASA)

Gaia je v potoku našla dva majhna preloma, prvo nedvoumno opazovanje vrzeli v zvezdnem toku, pa tudi gosto zbirko zvezd, ki so jo poimenovali spur. Te lastnosti skupaj kažejo, da je majhen, vendar masiven predmet pretresel material potoka.

"Mislim, da je to prvi neposredni dinamični dokaz za majhno [strukturo] temne snovi, " pravi Adrian Price-Whelan, astronom z Inštituta Flatiron v New Yorku. Price-Whelan je v sodelovanju z Ano Bonaca iz Harvard-Smithsonian centra za astrofiziko preiskal novonastale strukture v GD-1, da bi določil njihov vir, in rezultate predstavil v začetku letošnjega leta na zimskem srečanju Ameriškega astronomskega društva.

**********

Pri približno 33.000 svetlobnih letih (10 kiloparsekov) je GD-1 najdaljši zvezdni tok v galaktični halo. Medtem ko so Price-Whelan in njegovi sodelavci lahko uporabili modele, da bi pokazali, da je ena vrzel nastala med generiranjem toka, druga vrzel je ostala skrivnost. Vendar je Gaia skupaj s sestavljanko razkrila tudi rešitev: spodbudo.

Ko predmet potuje mimo ali skozi zvezdni tok, moti zvezde. Price-Whelan primerja motnjo z močnim curkom zraka, ki piha čez tok vode. Voda - ali zvezde - plavajo navzven po poti moteča, kar ustvarja vrzel. Nekateri se premikajo tako hitro, da uidejo toku in odletijo v vesolje, izgubljeni za vedno. Druge potegnejo nazaj v tok, da ustvarijo vrtinčaste lastnosti, ki jih astronomi imenujejo špore. Po nekaj sto milijonih let se večina vznožja združi nazaj v tok in ostane le vrzel, čeprav so nekatere lahko daljše.

Ko gre za opažanje struktur v zvezdnih potokih, Price-Whelan imenuje GD-1 "tok Goldilocks", ker je na pravem mestu. GD-1 je znotraj zvezd Mlečne poti, vendar se premika v nasprotni smeri, kar astronomom olajša, da zvezde poberejo v toku iz okoliških predmetov. "Na kateri koli lokaciji se giblje drugače, kot se giblje večina drugih zvezd na tistem delu neba, " pravi Price-Whelan.

Raziskovalci so modelirali, kateri tip predmetov je lahko odgovoren za razmeroma novorojenček, ki je bil opažen v GD-1. Ugotovili so, da mora odgovorni objekt tehtati nekje med milijon in 100 milijonov večjo maso sonca. Če bi v dolžino raztegnili le približno 65 svetlobnih let (20 kosov), bi bil predmet neverjetno gost. Interakcija med tokom in gostim predmetom bi se verjetno zgodila v zadnjih nekaj sto milijonih let od 13, 8 milijarde let življenjske dobe vesolja.

Diagram mlečne poti Diagram naše galaksije, Mlečna pot. (NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC / Caltech))

Temna snov ni edini predmet, ki bi lahko motil zvezdni tok. Tudi kroglasta gruča ali pritlikava galaksija, ki se vrti v bližini, bi prav tako lahko ustvarila vrzel in spodbudo. Price-Whelan in njegovi sodelavci so pogledali proti vsem znanim tovrstnim objektom in izračunali njihove orbite, pri čemer so ugotovili, da se nobeden ni dovolj približal GD-1 v zadnjih milijardah letih, da bi se razburil. Naključno srečanje s prvotno črno luknjo bi lahko pošljelo zvezde potoka, vendar bi bil to izredno redek dogodek.

Po simulacijah temne snovi, ki omogočajo majhne strukture, se množice semen temne snovi razpršijo po galaksijah, kot je Mlečna pot. Tok, kot je GD-1, naj bi v zadnjih 8 milijardah let naletel na vsaj eno takšno seme, zaradi česar je temna snov veliko bolj verjetna, da bo vznemirjenje temeljilo na stopnjah srečanja kot kateri koli drug objekt.

**********

Temna snov predstavlja večji del mase v vesolju, vendar je nikoli ni bilo neposredno opaziti. Dve vodilni teoriji za njen obstoj sta model tople temne snovi in ​​model Lambda hladne temne snovi (ΛCDM), ki je model, ki ga ima večina znanstvenikov. Pod ΛCDM temna snov tvori grude, ki so lahko velike kot galaksija ali majhne, ​​kot soda. Topli modeli temne snovi kažejo, da ima material manj masične delce in nima struktur velikosti pločevinke, kot to predlaga model ΛCDM. Iskanje dokazov za majhne strukture temne snovi bi lahko pomagalo odpraviti nekatere modele in začeti zožiti nekatere značilnosti mučnih snovi.

"Tokovi so morda edina pot, ki bi jo lahko [uporabili] za proučevanje najnižjega masnega konca tega, kar počne temna snov, " pravi Price-Whelan. "Če želimo biti sposobni potrditi ali zavrniti ali izključiti različne teorije temne snovi, moramo res vedeti, kaj se dogaja na [nizkem] koncu."

Gaijevi podatki so pomagali identificirati zvezde odmika, vendar niso dovolj podrobni, da bi primerjali razlike hitrosti med njimi in zvezdami v toku, kar bi lahko pomagalo potrditi, da temna snov moti strukturo. Price-Whelan in njegovi sodelavci želijo z Nasino vesoljskim teleskopom Hubble uporabiti NASA za nadaljnje preučevanje gibanja šibkih zvezd v GD-1. Čeprav je Gaia odprla vrata za obsežno preučevanje gibanja zvezd po Mlečni poti, Price-Whelan pravi, da ne more konkurirati HST-ju, ko gre za zelo slabe zvezde. "Lahko vrtate veliko globlje, če imate namenjen teleskop, kot je Hubble, " pravi.

Razlike v tem, kako se premikajo zvezde potoka in vihra, bi lahko astronomom pomagale ugotoviti, koliko energije je nosil moteči predmet, pa tudi raziskovalcem omogočiti, da izračunajo njegovo orbito. Te informacije bi lahko uporabili za sledenje moteče grude temne snovi in ​​preučevanje njenega neposrednega okolja.

Poleg bolj poglobljene študije GD-1 načrtujejo astronomi enake tehnike, ki jih omogočajo Gaijevi podatki, za nekatere od več kot 40 drugih tokov, ki obdajajo Mlečno pot. Če opazimo razjede in vrzeli v drugih tokovih in jih privežemo na temno snov, bi lahko še izboljšali naše razumevanje, kako skrivnostna snov deluje z vidno galaksijo.

Po desetletjih zmede nad skrivnostjo temne snovi lahko vrzeli in viri v zvezdnih tokovih, kot je GD-1, končno pomagajo razkriti skrivnosti snovi, ki sestavlja večino vesolja. "To je ena najbolj vznemirljivih stvari, ki se je pojavila iz Gaia, " pravi Price-Whelan.

Tokovi zvezd, ki kačejo skozi Galaksijo, bi lahko pomagali prižgati svetlobo v temnem materialu