Спорије спољашње звезде у Млечном путу указују на то да је тамна материја претерана

Массацхусеттс Институте оф ТецхнологиЕкстерна студија показује Млечни пут Звезде ротирају спорије, што указује на светлије језгро које садржи мање тамне материје, што је у супротности са претходним претпоставкама.

Снимајући брзину звезда широм Млечног пута, физичари са МИТ-а су открили да се звезде на галактичком диску крећу спорије него што се очекивало у поређењу са звездама ближе галактичком центру. Резултати отварају изненађујућу могућност: гравитационо језгро Млечног пута може бити лакше и садржи мање тамне материје него што се раније мислило.

Нови налази су засновани на анализи података које је тим прикупио инструментима Гаиа и АПОГЕЕ. Гаиа је орбитални свемирски телескоп који прати прецизну позицију, растојање и кретање више од милијарду звезда широм Млечног пута, док је АПОГЕЕ истраживање на земљи. Физичари су анализирали Гејина мерења више од 33.000 звезда, укључујући и неке од најудаљенијих звезда у галаксији, и одредили „кружну брзину“ сваке звезде, односно колико брзо се звезда ротира у галактичком диску, с обзиром на удаљеност звезде од центра галаксији. .

Разумевање галактичке ротације

Научници су нацртали брзину сваке звезде у односу на њену удаљеност да би генерисали криву ротације, стандардни графикон у астрономији који представља колико брзо се материја ротира на датој удаљености од центра галаксије. Облик ове криве може дати научницима представу о томе колико је видљиве и тамне материје распоређено по галаксији.

„Оно што смо били заиста изненађени када смо видели је да је ова крива остала равна, равна, равна на одређеној удаљености, а затим је почела да опада“, каже Лина Нагиб, доцент физике на МИТ-у. „То значи да се спољашње звезде окрећу мало спорије него што се очекивало, што је веома изненађујући резултат.“

Студија физичара са Технолошког института у Масачусетсу сугерише да гравитационо језгро Млечног пута може бити лакше по маси и да садржи мање тамне материје него што се раније мислило. Извор слике: ЕСА/Гаиа/ДПАЦ, уредио МИТ Невс

Изазивање теорија тамне материје

Тим је превео нову криву ротације у дистрибуцију тамне материје која би могла да објасни успоравање егзозвезда и открио је да је резултирајућа мапа произвела светлије језгро галаксије него што се очекивало. Односно, центар Млечног пута може бити мање густоће и садржи мање тамне материје него што научници мисле.

„Ово овај резултат ставља у напетост са другим мерењима“, каже Најееб. „Негде се дешава нешто сумњиво и заиста је интересантно открити где се то налази, да бисте добили кохерентну слику Млечног пута.

Тим објављује своје резултате овог месеца Месечна обавештења часописа Краљевског друштва. Коаутори студије са МИТ-а, укључујући Нассиба, су први аутор Ксиаовеи Оу, Анна-Кристина Ехлерс и Анна Фриебел.

„у ништавилу“

Као и већина галаксија у универзуму, Млечни пут се окреће попут воде у вртлогу, а његову ротацију делимично покреће сва материја која се врти у његовом диску. Седамдесетих година прошлог века, астроном Вера Рубин је прва приметила да се галаксије ротирају на начин који не може да покреће чисто видљива материја. Она и њене колеге измериле су брзину ротације звезда и откриле да су резултујуће криве ротације изненађујуће равне. То значи да је брзина звезда остала иста у целој галаксији, уместо да се смањивала са растојањем. Закључили су да друга врста невидљиве материје мора да утиче на удаљене звезде да би им дала додатни подстицај.

Рубинов рад на кривуљама ротације био је један од првих јаких доказа за постојање тамне материје, невидљивог и непознатог ентитета за који се процењује да надмашује све звезде и другу видљиву материју у универзуму.

Од тада, астрономи су посматрали сличне равне кривине у удаљеним галаксијама, подржавајући постојање тамне материје. Тек недавно су астрономи покушали да нацртају криву ротације наше галаксије са звездама.

„Испоставило се да је тешко измерити криву ротације када седите унутар галаксије“, каже Ау.

Нови увиди из Гаиа података

Године 2019, Ана Кристина Елерс, доцентица физике на МИТ-у, нацртала је криву ротације Млечног пута, користећи претходни скуп података са сателита Гаиа. Ово објављивање података укључивало је звезде удаљене до 25 килопарсека, или око 81.000 светлосних година, од галактичког центра.

На основу ових података, Ехлерс је приметио да крива ротације Млечног пута изгледа равна, иако са благим падом, слично другим удаљеним галаксијама, а према закључку, галаксија вероватно носи велику густину тамне материје у свом језгру. Али то мишљење се сада променило, пошто је телескоп објавио нови скуп података, овог пута укључујући звезде удаљене чак 30 килопарсека, отприлике 100.000 светлосних година од галактичког језгра.

„На овим удаљеностима, ми смо на ивици галаксије где звезде почињу да бледе“, каже Фрипл. „Нико није истражио како се материја креће у овој спољној галаксији, где смо буквално у ништавилу.

Чудна напетост

Фребел, Нагиб, Ау и Ехлерс су ускочили у нове Гаиа податке, тражећи да прошире Ехлерсову почетну криву ротације. Да би побољшао своју анализу, тим је допунио податке о Гаии мерењима експеримента еволуције галаксије АПОГЕЕ – Апацхе Поинт Обсерватори, који мери веома детаљна својства више од 700.000 звезда у Млечном путу, као што су њихов сјај, температура и елементарни састав.

„Све ове информације уносимо у алгоритам да покушамо да научимо везе које нам онда могу дати боље процене удаљености до звезде“, објашњава Ау. „Овако можемо да идемо даље.“

Тим је одредио прецизне удаљености више од 33.000 звезда и користио ова мерења да би направио 3Д мапу звезда распоређених преко Млечног пута до око 30 килопарсека. Затим су комбиновали ову мапу у модел кружне брзине, симулирајући брзину којом би било која звезда требало да се креће, узимајући у обзир дистрибуцију свих других звезда у галаксији. Затим су нацртали брзину и растојање сваке звезде на графикону да би направили ажурирану криву ротације за Млечни пут.

„Овде је дошла необичност“, каже Нагиб.

Уместо да виде благи пад као претходне криве ротације, тим је приметио да је нова крива опала јаче него што се очекивало на спољашњем крају. Овај неочекивани пад указује на то да док звезде могу да путују истом брзином до одређене удаљености, оне изненада успоравају на већим удаљеностима. Чини се да се звезде у предграђу крећу спорије него што се очекивало.

Истражите тајне галаксије

Када је тим превео ову криву ротације у количину тамне материје која би требало да буде присутна у целој галаксији, открили су да језгро Млечног пута може да садржи мање тамне материје него што је раније процењено.

„Овај резултат није у складу са другим мерењима“, каже Најееб. „Заиста разумевање овог резултата имаће дубоке последице. Ово би могло да доведе до више скривених маса изван ивице галактичког диска, или до ревизије равнотежног стања наше галаксије. Настојимо да пронађемо ове одговоре у предстојећем раду, користећи високу резолуцију симулације галаксија сличних Млечном путу.

Референца: „Слика тамне материје Млечног пута на основу његове кружне криве брзине“ од Сјаовеи Оу, Ане-Кристине Елерс, Лене Нагиб и Ане Фрибел, 8. јануара 2024. Месечна обавештења Краљевског астрономског друштва.
дои: 10.1093/мнрас/стае034

Ово истраживање је делимично финансирала Национална научна фондација.