В пошуках пояснення викривлення Чумацького Шляху

Авторка: Енн Менінґ, штатна журналістка Гарвардського університету

Дослідження астрономів підтверджують гіпотезу еволюції галактики.

Чумацький Шлях часто зображують як плаский обертовий диск з пилу, газу та зірок. Але якщо ви б змогли збільшити масштаб і сфотографувати його збоку, то можна зрозуміти, що насправді шлях має характерну деформацію — неначе хтось намагався скрутити і зігнути вінілову платівку.

Хоча вчені вже давно знали, що Чумацький Шлях викривлений, а його краї нагадують розкльошену спідницю, ніхто не міг пояснити, чому це так.

Гарвардські астрономи з Центру астрофізики Гарвардського університету і Смітсонівського інституту (CfA) здійснили перші математичні розрахунки, які повністю пояснюють це явище, навівши переконливі докази, що Чумацький Шлях огорнутий похилим ореолом темної матерії. Ця праця також підкріплює сучасні уявлення про те, як еволюціонувала галактика, і може допомогти розгадати деякі таємниці темної матерії.

Нові розрахунки проводилися під керівництвом Дживона Джесі Гана, аспіранта Вищої школи мистецтв і наук імені Кенета Ґрифіна, яка також є структурним підрозділом Гарвардського університету. Співавторами роботи, опублікованої в журналі Nature Astronomy, є Чарлі Конрой і Ларс Гернквіст — викладачі кафедри астрономії та CfA.

Наша галактика розташована всередині розсіяної хмари, яка називається зоряним гало, що простягається вглиб Всесвіту. У своїй новаторській роботі, опублікованій минулого року, група дослідників Гарвардського університету дійшла висновку, що зоряне гало нахилене і має еліптичну форму, подібну до дирижабля або футбольного м’яча.

Спираючись на цю теорію, вчені припустили, що таку ж форму має й гало темної матерії — більше утворення, яке охоплює все в Чумацькому Шляху та навколо нього. Темна матерія становить 80 відсотків маси галактики, але вона невидима, оскільки не взаємодіє зі світлом, тому форму цього гало потрібно вирахувати. Використовуючи моделі для розрахунку орбіт зірок у нахиленому, видовженому гало темної матерії, команда вчених виявила майже ідеальний збіг з наявними спостереженнями викривленої, видовженої галактики.

«Нахилене гало темної матерії насправді досить поширене в симуляціях, але ніхто не досліджував його вплив на Чумацький Шлях, — розповідає Конрой. — Виявляється, що нахил — це гарний спосіб пояснити як величину, так і напрямок викривлення диска нашої галактики».

Вчені вже давно припускали, що Чумацький Шлях утворився внаслідок зіткнення галактик; а дослідження астрономів ще більше підтверджує цю гіпотезу.

«Якби галактика еволюціонувала сама по собі, вона б мала гарне сферичне гало, гарний плаский диск, — говорить Ган. — Той факт, що гало нахилене і має форму футбольного м’яча, свідчить про те, що наша галактика зазнала злиття, коли дві галактики зіткнулися».

Їхній розрахунок ймовірної форми гало темної матерії може також дати підказки щодо властивостей і природи частинок самої темної матерії, які залишаються нерозв’язаними загадками у фізиці. «Той факт, що галактика не має сферичної форми згідно наших даних, означає, що існує певна межа, до якої темна матерія може взаємодіяти сама з собою», — пояснив Ган.

Підтвердження цих досліджень може привести до кращих способів раціонального вивчення неспостережуваної темної матерії, з якої складається більша частина Всесвіту. Це включає нові способи виявлення кінематичних ознак темних субгало — мініатюрних ореолів темної матерії, що обертаються навколо галактики.

Стаття вперше була опублікована англійською мовою під назвою «Finding explanation for Milky Way’s warp» в журналі Гарвардського університету The Harvard Gazette 27 вересня 2023 року.

Переклали Ірина Тесленко та Катерина Шарабура