Гравитация Млечного Пути может имитировать признаки тёмной материи в звёздных потоках
Астрономы из Вашингтонского университета обнаружили, что сама структура галактики способна создавать в звёздных потоках те же искажения, которые учёные ранее связывали с воздействием тёмной материи. Результаты ставят под вопрос один из распространённых способов поиска этой загадочной формы материи и показывают, что при анализе звёздных потоков необходимо учитывать влияние самой галактики.
Звёздные потоки образуются, когда скопления звёзд сближаются с галактикой и попадают под действие её гравитации. Постепенно галактическое притяжение растягивает скопление в длинную и узкую структуру, которая продолжает обращаться вокруг галактики. В Млечном Пути астрономы наблюдают множество таких потоков, причём большинство из них далеко не идеально ровные.
Неоднородности в виде разрывов, изгибов и уплотнений ранее рассматривались как возможные следы небольших скоплений тёмной материи, называемых субгало. Согласно этой идее, когда звёздный поток проходит рядом с таким невидимым скоплением, его гравитация должна оставлять характерные изменения в структуре потока. Поэтому наблюдение подобных особенностей потенциально может помочь определить распределение тёмной материи в галактике.
Чтобы выяснить, насколько важную роль здесь играет сама галактика, исследователи провели компьютерное моделирование четырёх галактик размером примерно с Млечный Путь. В моделях отсутствовали компактные скопления тёмной материи, однако исследователи разместили вокруг галактик около 15 000 виртуальных звёздных потоков.
После моделирования пяти миллиардов лет почти все потоки приобрели различные структурные изменения. Только 70 из примерно 15 000 потоков сохранили полностью гладкую форму.
Причиной оказалась неоднородность распределения вещества внутри самих галактик. В моделях звёзды были распределены по диску неравномерно, создавая области с разной плотностью, как в реальном Млечном Пути. Когда звёздные потоки проходили через более плотные участки, изменяющееся гравитационное поле изгибало и разрушало их структуру.
Моделирование показало широкий спектр таких изменений: изгибы, изломы, ответвления, разрывы, уплотнения и отдельные выступы. Некоторые потоки гравитационные взаимодействия полностью разрушили. Потоки, расположенные ближе к центру галактики, чаще попадали в плотные и неоднородные области, поэтому их структура сильнее изменялась.
По словам ведущего автора работы Арпита Ароры, исследователи ожидали, что галактика-хозяин будет в некоторой степени влиять на звёздные потоки, однако масштаб эффекта оказался неожиданно большим. Полученные результаты означают, что сама по себе неоднородная структура галактики способна создавать признаки, которые можно ошибочно принять за воздействие субгало тёмной материи.
Учёные не считают результат неудачей для поиска тёмной материи. Напротив, теперь они смогут сначала определить, какие особенности звёздных потоков объясняются обычной гравитацией галактики, а затем искать отклонения, которые уже нельзя объяснить этим фактором.
Следующим этапом станет моделирование галактик, в которых, помимо обычной структуры, будут присутствовать скопления тёмной материи. Исследователи хотят выяснить, отличаются ли создаваемые ими искажения от тех, которые возникают исключительно под воздействием галактики-хозяина.
Дополнительные данные могут появиться благодаря телескопу Simonyi Survey Telescope обсерватории Веры Рубин, который должен обнаружить значительно больше звёздных потоков в Млечном Пути. Большая выборка позволит астрономам классифицировать различные типы их структурных особенностей и определить, какие из них могут быть связаны именно с тёмной материей.
Поиск тёмной материи остаётся сложной задачей, поскольку она не взаимодействует со светом и обычным веществом известными способами, кроме гравитационного воздействия. Звёздные потоки остаются одним из наиболее перспективных инструментов для изучения её распределения в окрестностях нашей галактики, но новые результаты показывают, что интерпретировать их структуру необходимо с учётом сложной гравитационной среды самого Млечного Пути.
Исследование в журнале The Astrophysical Journal.