Карликовые галактики без темной материи? Новые гипотезы, выдвинутые с помощью Gaia
Вокруг нашей Галактики вращается множество небольших, тускло освещенных галактик. Это так называемые карликовые галактики, которые долгое время считались древними спутниками Млечного Пути, вращающимися вокруг него уже почти 10 млрд. лет.
Новое исследование, основанное на данных раннего выпуска 3 спутника Gaia ЕКА от декабря 2020 г., показывает, что это не совсем так. Более того, оно показывает, что большинство карликовых галактик может быть разрушено вскоре после их вхождения в галактическое гало. А многие из тех галактик, которые мы наблюдаем в настоящее время, возникли на поздних этапах истории Галактики, и это согласуется с отсутствием темной материи.
Исследование, проведенное под руководством астрономов из обсерватории Paris-PSL, Национального центра научных исследований (CNRS) и Потсдамского астрофизического института имени Лейбница (AIP), поднимает важные вопросы о стандартной космологической модели, в частности, о распространенности темной материи в гало нашего Млечного Пути.
Карликовые галактики, запечатленные в последнее время
Гипотеза о том, что карликовые галактики вокруг Млечного Пути являются древними спутниками, вращающимися вокруг него в течение 10 млрд. лет, предполагала наличие в них огромного количества темной материи, защищающей их от огромного приливного воздействия сильного гравитационного притяжения Галактики. Поэтому предполагалось, что наличие темной материи является причиной наблюдаемых больших различий в скорости звезд в этих карликовых галактиках.
Однако данные EDR3 Gaia показали совершенно иной взгляд на свойства карликовых галактик. В частности, ученые использовали энергию орбиты в качестве параметра для датировки их истории. Оказалось, что объекты, захваченные на ранних этапах формирования Млечного Пути, когда он был еще менее массивным, имеют более низкую орбитальную энергию, чем те, которые были захвачены в галактическое гало недавно.
Gaia подтверждает, что орбитальные энергии большинства карликовых галактик, вращающихся вокруг Млечного Пути, на удивление больше, чем у карликовой галактики Стрельца, которая, как мы знаем, попала в гало 5-6 млрд. лет назад. Это означает, что большинство карликовых галактик появилось гораздо позже, менее трех миллиардов лет назад.
Последствия: галактики вне равновесия
Столь недавнее прибытие предполагает, что соседние карликовые галактики находятся за пределами гало. В этой области почти все карликовые галактики содержат огромные запасы нейтрального газа. Богатые газом галактики потеряли свой газ при столкновении с горячим газом галактического гало. Сильные удары и турбулентность, возникшие при этом, полностью изменили карликовые галактики.
Если раньше в богатых газом карликовых галактиках доминировало вращение газа и звезд, то когда они становятся безгазовыми системами, их гравитация уравновешивается случайными движениями оставшихся звезд.
Карликовые галактики теряют свой газ в процессе, который настолько интенсивен, что выводит их из равновесия. То есть скорость движения звезд перестает быть равновесной с их гравитационным ускорением. Совместное влияние потери газа и гравитационных ударов, вызванных погружением в Млечный Путь, объясняет диффузные скорости звезд в остальной части карликовой галактики.
Роль темной материи и вопросы, оставшиеся без ответа
Отсутствие равновесия не позволяет оценить динамическую массу карликовых галактик Млечного Пути, а также содержание в них темной материи. Более того, если в предыдущем сценарии, предполагавшем, что карликовые галактики являются древними спутниками, темная материя "защищала" их предполагаемую стабильность, то теперь разговоры о темной материи становятся почти "слишком" для этих неравновесных объектов. На самом деле, если бы карликовая галактика уже содержала большое количество темной материи, то она стабилизировала бы ее первоначальный диск вращающихся звезд, предотвратив ее превращение в галактику со случайными движениями звезд, что мы и наблюдаем.
В то же время гипотеза о недавнем выходе карликовых галактик на орбиту и превращении их в гало хорошо объясняет многие наблюдаемые свойства этих объектов, в частности, почему они имеют звезды на большом расстоянии от своего центра. Их свойства кажутся совместимыми с отсутствием темной материи, что противоречит сложившемуся представлению о карликовых галактиках как об объектах, в которых наиболее сильно преобладает темная материя.
В связи с этим возникает ряд вопросов. Прежде всего, где сейчас находится множество карликовых галактик с преобладанием темной материи, которые стандартная космологическая модель предсказывает вокруг Млечного Пути. И затем, какие наблюдения могут помочь нам отличить неравновесные карликовые галактики, идентифицированные по данным Gaia, от тех, которые соответствуют классической картине и в которых доминирует темная материя.
С препринт-версией статьи, описывающей данное исследование, принятой к публикации в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, можно ознакомиться .