Эти тусклые, неуловимые «галактики-сироты», возможно, лишены ореолов тёмной материи, что делает их практически невидимыми для современных телескопов. Но с появлением новых мощных инструментов, таких как обсерватория Рубина, учёные считают, что мы наконец-то приблизились к возможности их обнаружить, что потенциально может подтвердить основные космологические теории и изменить наше представление о Вселенной.
Скрытые спутники: больше галактик, чем мы думали?
Новое исследование предполагает, что Млечный Путь может быть окружён гораздо
большим количеством галактик-спутников, чем учёные предполагали ранее.
Группа космологов из Даремского университета в Великобритании разработала новый
метод, который сочетает в себе наиболее детализированное на сегодняшний день суперкомпьютерное моделирование с передовым математическим моделированием. Используя этот подход, они выявили вероятное присутствие популяции неуловимых «сиротских» галактик, которые ещё предстоит обнаружить.
Согласно их результатам, вблизи Млечного Пути может находиться от 80 до 100 дополнительных галактик-спутников.
Обнаружение этих скрытых галактик с помощью телескопов станет убедительным доказательством в поддержку теории лямбда-холодной тёмной материи (LCDM). Эта
ведущая модель описывает структуру Вселенной в больших масштабах и процесс формирования галактик.
Результаты исследования были представлены на Национальной астрономической конференции Королевского астрономического общества, организованной в этом году Даремским университетом.
Водолей-А-L1
Распределение тёмной материи в гало Млечного Пути в рамках космологической
симуляции лямбда-холодной тёмной материи (LCDM). Это симуляция гало тёмной
материи Млечного Пути с самым высоким разрешением, когда-либо проведённая,
под названием Aquarius-A-L1. Гало Млечного Пути (в центре) окружено множеством субструктур, что является ключевым предсказанием модели «холодной тёмной материи».
В некоторых из этих субгало находится галактика-спутник, которую можно наблюдать. Источник: симуляция Aquarius, консорциум Virgo/доктор Марк Ловелл
Тёмная материя и структура космоса
Исследование, проведённое в Дареме, основано на модели ЛКМ, согласно которой
обычная материя в виде атомов составляет лишь 5 % от общего объёма Вселенной, 25 % приходится
на холодную тёмную материю (ХТМ), а остальные 70 % — на тёмную энергию.
Согласно этой модели, галактики формируются в центре гигантских скоплений тёмной материи, называемых ореолами. Большинство галактик во Вселенной — это
маломассивные карликовые галактики, большинство из которых являются спутниками более массивных галактик, таких как наш Млечный Путь.
Существование этих загадочных объектов долгое время ставило под сомнение ΛCDM —
иначе известную как стандартная модель космологии. Согласно теории ΛCDM, галактик-спутников Млечного Пути должно быть гораздо больше, чем показывают космологические симуляции или чем могут увидеть астрономы.
Галактики-сироты Aquarius-A-L1
Новые предсказанные галактики-сироты в Млечном Пути отмечены символом «x».
Источник: симуляция Aquarius, консорциум Virgo/доктор Марк Ловелл
Галактики-призраки: где пропавшие спутники?
Новое исследование показывает, что недостающие спутники Млечного Пути — это крайне тусклые галактики, почти полностью лишённые родительских ореолов тёмной материи
под действием гравитации гало Млечного Пути. Эти так называемые «сироты» теряются
в большинстве симуляций, но должны были сохраниться в реальной Вселенной.
Используя свою новую методику, исследователи из Дарема смогли отследить количество, распределение и свойства этих «бесхозных» галактик Млечного Пути. Они показали, что сегодня должно существовать гораздо больше спутников Млечного Пути, которые можно было бы наблюдать. Есть надежда, что благодаря новым достижениям в области
телескопов и инструментов, таких как камера LSST обсерватории Рубина (которая недавно впервые вышла в свет), астрономы смогут обнаруживать эти очень тусклые объекты и впервые
увидят их.
Млечный Путь НАСА
Художественное представление галактики Млечный Путь. Источник: NASA/JPL-Caltech
Астрономы в восторге от результатов, полученных в рамках теории LCDM
Ведущий исследователь доктор Изабель Сантос-Сантос из Института вычислительной космологии факультета физики Даремского университета сказала: «Мы знаем, что у Млечного Пути около 60 подтверждённых галактик-спутников, но мы считаем, что вокруг Млечного Пути на близком расстоянии должны вращаться ещё десятки таких слабых галактик.
«Если наши прогнозы верны, это подтверждает теорию лямбда-холодной тёмной материи
о формировании и эволюции структур во Вселенной.
«Астрономы-наблюдатели используют наши прогнозы в качестве ориентира для сравнения
с новыми данными, которые они получают.
«Возможно, однажды мы сможем увидеть эти „пропавшие“ галактики, что будет невероятно захватывающе и поможет нам лучше понять, как Вселенная стала такой, какой мы видим её сегодня».
Модель под давлением: проверка стандарта
Концепция ΛCDM является краеугольным камнем нашего понимания Вселенной. Она легла
в основу стандартной космологической модели и является наиболее распространённой моделью для описания эволюции и структуры Вселенной в больших масштабах.
Модель прошла множество испытаний, но недавно столкнулась с проблемой, вызванной противоречивыми данными наблюдений за карликовыми галактиками.
Исследователи из Дарема утверждают, что даже самые лучшие из существующих космологических симуляций (которые, помимо тёмной материи, включают в себя моделирование образования газа и звёзд) не обладают достаточной точностью для
изучения таких тусклых галактик, которые астрономы начинают обнаруживать вблизи Млечного Пути.
Этим симуляциям также не хватает точности, необходимой для отслеживания эволюции небольших ореолов тёмной материи, в которых находятся карликовые галактики, вращающиеся вокруг Млечного Пути на протяжении миллиардов лет.
Это приводит к искусственному разрушению некоторых ореолов, в результате чего
галактики остаются «сиротами». Хотя в симуляциях ореолы «сиротских» галактик исчезают, в реальной Вселенной такие галактики должны сохраняться.
Объединение сил: симуляции и математические модели
Исследователи из Дарема объединили космологическое суперкомпьютерное
моделирование с аналитическими моделями, чтобы решить эти проблемы с
вычислениями.
В их число входит симуляция Aquarius, созданная консорциумом Virgo. Aquarius — это симуляция гало тёмной материи Млечного Пути с самым высоким разрешением из
когда-либо созданных. Она используется для изучения мелкомасштабной структуры,
которая, как предполагается, окружает Млечный Путь.
В него также вошла модель GALFORM — передовой программный код, разработанный в Дареме за последние два десятилетия. Он позволяет детально отслеживать физические процессы, ответственные за формирование и эволюцию галактик.
Их результаты показали, что ореолы тёмной материи, в которых может находиться
галактика-спутник, вращались вокруг центрального ореола Млечного Пути на протяжении большей части существования Вселенной, что привело к потере ими тёмной материи и звёздной массы и сделало их чрезвычайно маленькими и тусклыми.
В результате исследования было установлено, что общее количество галактик-спутников любой яркости, которые могут существовать вокруг Млечного Пути, составляет около 80,
а потенциально может быть на 100 больше, чем известно на данный момент.
Странные крошечные объекты: подсказки или совпадения?
В исследовании особое внимание уделяется примерно 30 недавно обнаруженным
крошечным спутникам Млечного Пути, которые очень тусклые и маленькие.
Учёные не могут с уверенностью сказать, являются ли эти карликовые галактики частью
гало тёмной материи или шаровыми скоплениями — группами самогравитирующих звёзд.
Исследователи из Дарема утверждают, что эти объекты могут быть частью малозаметной популяции галактик-спутников, которая, по их прогнозам, должна существовать.
Соавтор исследования профессор Карлос Френк из Института вычислительной космологии факультета физики Даремского университета сказал: «Если с помощью новых данных
будет обнаружена популяция очень тусклых спутников, которую мы прогнозируем, это
станет выдающимся успехом теории формирования галактик LCDM.
«Это также наглядно продемонстрирует силу физики и математики. Используя законы физики, которые решаются с помощью большого суперкомпьютера, и математическое моделирование, мы можем делать точные прогнозы, которые могут проверить астрономы, вооружённые новыми мощными телескопами. Лучше и быть не может».
Встреча: Национальная астрономическая встреча 2025
Исследование финансируется Европейским исследовательским советом в рамках гранта
для перспективных исследователей, предоставленного профессору Френку, а также
Советом по научно-техническим ресурсам (STFC). Расчёты проводились на
суперкомпьютере Cosmology Machine (COSMA), поддерживаемом проектом STFC «Распределённая инфраструктура для исследований с использованием передовых вычислений» (DiRAC) и размещённом в Даремском университете.
Источник: https://scitechdaily.com/the-milky-way...-galaxies/
