Астрономы обнаружили карликовую галактику, в которой намного больше темной материи, чем мы ожидали

Крошечная древняя карликовая галактика под названием Tucana II, вращающаяся вокруг Млечного Пути, таит в себе большой секрет. Согласно новому исследованию звезд вокруг объекта, гравитационно связанных с ним на больших расстояниях, ее ореол темной материи намного массивнее, чем мы думали.

На самом деле он просто огромен. Хотя звездная масса Tucana II примерно в 3000 раз больше массы Солнца, ее гало темной материи в 10 миллионов раз превышает массу Солнца. Это примерно в три-пять раз больше, чем предыдущие оценки.

Это говорит о том, что самые ранние галактики во Вселенной могли быть намного массивнее, чем мы думали.

«Tucana II имеет гораздо большую массу, чем мы думали», — сказал астрофизик Анируд Чити из Массачусетского технологического института. «Это означает, что другие реликтовые галактики, вероятно, также имеют такие протяженные гало».

Млечный Путь имеет целый рой сопутствующих карликовых галактик. Это небольшие скопления звезд с очень низким содержанием металла, что говорит о том, что они очень старые, поскольку металлам потребовалось некоторое время, чтобы сформироваться в сердцах звезд и распространиться по Вселенной.

Tucana II, расположенная примерно в 163 000 световых лет от Земли, является одной из самых маленьких. Судя по металличности ее звездного населения, они также является одними из старейших, в них почти нет металлов. Чити и его команда исследовали эти звезды, надеясь найти популяцию еще более старых звезд.

Они проводили наблюдения с помощью телескопа SkyMapper Австралийского национального университета и обрабатывали результаты с помощью алгоритма Chiti, разработанного для выявления звезд с низким содержанием металлов. Помимо звезд в самом сердце Tucana II, алгоритм обнаружил девять новых звезд на довольно больших расстояниях.

Это подтвердили данные, собранные спутником Gaia — амбициозный проект по нанесению на карту Млечного Пути в трех измерениях, включая движение звезд. Звезды, далекие от ядра карликовой галактики, вращались вокруг нее, гравитационно связанные.

Тем не менее, ранее оцененные свойства галактики не включали в себя достаточную массу для создания гравитационной силы, которая удерживала бы эти далекие звезды. Это означало, что там была какая-то масса, которую мы не могли увидеть или обнаружить напрямую. Что, в свою очередь, означало темную материю.

Мы не знаем, что такое темная материя, но во Вселенной есть некая невидимая масса, ответственная за создание всей дополнительной гравитации, ускорение вращения галактик и искривление пространства-времени — и ее намного больше, чем обычной материи. Это темная материя, и мы считаем, что это клей, скрепляющий галактики.

«Без темной материи галактики просто разлетелись бы», — сказал Чити. «[Темная материя] — важнейший ингредиент в создании галактики и удержании ее вместе».

Основываясь на положении и движении звезд, команда смогла обновить оценку массы темной материи Tucana II, которая в конечном итоге достигла 10 миллионов солнечных масс. Это первое свидетельство того, что в карликовых галактиках может быть столько темной материи, и это вызывает множество вопросов.

Так откуда, взялась вся эта темная материя? Ключ к разгадке может быть в звездах галактики. Когда команда изучила данные телескопов Magellan в Чили, они обнаружили, что не все звезды имели одинаковую металличность.

Фактически, они были довольно резко разделены между двумя популяциями. Звезды на окраине Tucana II в три раза ниже по металличности, чем звезды в центре, что предполагает наличие двух отдельных звездных популяций. В Млечном Пути это может произойти, если популяция звезд прибыла откуда-то еще, например, в результате столкновения с другой галактикой.

Как бы то ни было, исследование демонстрирует, что теперь можно наблюдать и охарактеризовать эти крошечные галактики, что можно идентифицировать другие, такие как Tucana II. Есть даже два кандидата — карликовые галактики Segue 1 и Bootes I, каждая из которых имеет по одной звезде на большом расстоянии от ядра галактики.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Источники: Фото: (ESO/Digitized Sky Survey 2)