Спутниковые галактики Млечного Пути рассказывают о темной материи и образовании галактик

Два новых исследования выявили все больше и больше информации о спутниковых галактиках вокруг Млечного пути, включая доказательства того, что большие спутниковые галактики могут захватывать собственные маленькие спутники, когда они появляются на орбите вокруг Млечного пути. Ученые также получили информацию о гало темной материи, которые окружают эти галактики, а также предсказание, что наша галактика должна принять ещё 100 или около того очень слабых спутниковых галактик, ожидающих открытия.

Исследование под руководством Чикагского университета профессора Алекса Дрлика-Вагнера в сотрудничестве с учеными из Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Университета Висконсин-Мэдисон было опубликован в Астрофизическом журнале. Оно в значительной степени опирается на данные исследования темной энергии, новаторской попытки составить карту неба под руководством Национальной ускорительной лаборатории Fermi и Чикагского университета.

«Данные исследования темной энергии дают нам беспрецедентную чувствительность к самым маленьким, самым старым и наиболее темным галактикам, в которых преобладает темная материя», - сказала Дрилица-Вагнер. «Эти слабые галактики могут научить нас тому, как образуются звезды и галактики».

Астрономам давно известно, что в Млечном Пути есть спутниковые галактики, в том числе Большое Магелланово Облако, которое можно наблюдать невооруженным глазом в южном полушарии, но благодаря исследованиям с мощными телескопами список известных спутников увеличился примерно до 60 за последние два десятилетия.

Эти галактики могут многое рассказать о том, сколько темной материи требуется для формирования галактики, сколько спутниковых галактик мы обнаружим вокруг Млечного пути, и могут ли галактики выводить свои собственные спутники на орбиту вокруг нашей - ключевой прогноз самой популярной модели темной материи.

«Мы хотели ответить на вопрос: какую самую слабую галактику могут обнаружить наши телескопы?» комментирует Дрлика-Вагнер.

Чтобы ответить на этот вопрос, они смоделировали более миллиона небольших спутниковых галактик, включили их в большие наборы астрономических данных и использовали алгоритмы поиска, чтобы попытаться повторно обнаружить их. Это позволило им определить, какие галактики можно обнаружить, а какие слишком слабые для современных телескопов. Затем они объединили эту информацию с большим численным моделированием скопления темной материи, чтобы предсказать общую популяцию спутников вокруг Млечного пути (включая те, которые мы видим, и те, которые мы не можем).

Результатом стало предсказание, что еще около 100 галактик должны быть обнаружены на орбите Млечного Пути. Если будут обнаружены «недостающие» галактики, это поможет подтвердить модель исследователей, связывающую темную материю и образование галактик.

«Одна из самых захватывающих вещей в этой работе - мы сможем использовать наши измерения спутниковых галактик, чтобы понять микроскопические свойства темной материи», - сказала Дрлика-Вагнер.

Ведущая модель темной материи состоит в том, что это субатомная частица (как электрон или протон), которая была сформирована в ранней Вселенной. Если бы частицы темной материи были очень легкими, они обладали бы очень высокой скоростью, что затрудняло бы группирование темной материи и формирование галактик, которые мы видим сегодня. Таким образом, наблюдая большое количество маленьких галактик, можно установить более низкий предел того, какой массой обладает частица темной материи, считают ученые.

«Природа частиц темной материи может иметь наблюдаемые последствия для галактик, которые мы видим», - сказал Дрлика-Вагнер.