Астрономы обнаружили возле галактики Водоворот два загадочных облака без видимых звёзд
Астрономы обнаружили возле знаменитой галактики Водоворот два необычных облака нейтрального водорода, в которых не удалось найти видимых звёзд. Каждый объект содержит около трёх миллионов масс Солнца только в атомарном водороде и может представлять собой редкий пример небольшого гало тёмной материи, которое сохранило газ, но так и не смогло сформировать полноценную галактику со звёздами.
Необычные объекты получили обозначения Cloud N и Cloud S. Их обнаружила команда под руководством Цинцзэ Чэня из Национальных астрономических обсерваторий Китайской академии наук при анализе данных крупнейшего радиотелескопа FAST.
По современной космологической модели ΛCDM первые небольшие гало тёмной материи появились раньше крупных галактик и постепенно объединялись в более массивные структуры. Однако далеко не каждое такое гало обязательно должно было превратиться в заметную галактику.
Если масса объекта слишком мала, его гравитации может оказаться недостаточно для удержания плотного холодного газа. Дополнительную роль играет ультрафиолетовый фон Вселенной — излучение звёзд и квазаров, способное нагревать газ и препятствовать его охлаждению и сжатию. В результате теоретически должны существовать небольшие гало тёмной материи, содержащие нейтральный водород, но практически лишённые звёзд.
Именно такие объекты называют RELHIC — облаками нейтрального водорода, формирование звёзд в которых было подавлено процессами, связанными с реионизацией Вселенной. Они считаются потенциальными остатками небольших гало, переживших ранние этапы космической эволюции.
Чтобы найти такие системы, астрономы искали излучение нейтрального водорода на длине волны 21 сантиметр. Для этого использовались наблюдения FAST в рамках обзора FEASTS. Исследователи изучили окрестности 55 галактик и проверили найденные газовые структуры по нескольким признакам, характерным для предполагаемых RELHIC.
Кандидат должен быть компактным и примерно сферическим, иметь узкую спектральную линию с характерными скоростями порядка 20 километров в секунду и не обладать обнаруживаемым звёздным компонентом в оптическом диапазоне.
Из всей исследованной выборки этим требованиям соответствовали только два объекта — Cloud N и Cloud S.
Количество нейтрального водорода в каждом из них оценивается примерно в три миллиона солнечных масс, тогда как полная масса предполагаемого гало может достигать около 3,7 миллиарда масс Солнца. Соотношение между количеством газа и общей массой оказалось близким к значениям, которые теоретические модели предсказывают для подобных беззвёздных гало.
Оба облака находятся относительно близко друг к другу в окрестностях M51 — знаменитой галактики Водоворот. Расстояние от них до центра M51 составляет примерно 70–90 килопарсек, или около 228–293 тысяч световых лет.
Именно расположение объектов пока не позволяет однозначно объявить их давно разыскиваемыми гало тёмной материи без звёзд. M51 представляет собой взаимодействующую систему галактик, поэтому газ может быть вытянут из них гравитационными приливными силами.
В таком случае Cloud N и Cloud S окажутся не самостоятельными первичными объектами, сохранившимися со времён ранней Вселенной, а газовыми остатками взаимодействия галактик.
Авторы работы пока не могут полностью исключить этот сценарий. Поэтому обнаруженные структуры рассматриваются именно как кандидаты в RELHIC, а не как окончательно подтверждённые беззвёздные гало тёмной материи.
Различить два варианта помогут дальнейшие радионаблюдения с более высоким пространственным разрешением. Они должны показать внутреннее распределение газа и его движение и позволить понять, находятся ли облака в собственных гравитационных гало или являются частью приливных структур системы M51.
Если природа Cloud N и Cloud S подтвердится, находка станет редкой возможностью непосредственно исследовать небольшие гало тёмной материи, в которых условия так и не позволили запустить образование заметного количества звёзд. Стандартная космологическая модель предсказывает огромное число подобных объектов, однако обнаружить их чрезвычайно сложно именно потому, что они почти не излучают видимый свет.
Таким образом, два практически невидимых облака рядом с одной из самых известных галактик не только могут оказаться редкими «неудавшимися» галактиками, но и предоставить астрономам новый способ проверки предсказаний модели формирования структуры Вселенной.
Исследование в журнале Astronomy & Astrophysics.