Как возникла галактика-спутник Млечного Пути? Физики предлагают объяснение

Автор: ESA/Gaia/DPAC

Кратер 2, расположенный примерно в 380 000 световых годах от Земли, является одной из крупнейших галактик-спутников Млечного Пути. Чрезвычайно холодный кратер 2 с медленно движущимися звездами имеет низкую поверхностную яркость. Как возникла эта галактика, остается неясным.

«С момента его открытия в 2016 году было предпринято множество попыток воспроизвести необычные свойства кратера 2, но это оказалось очень сложной задачей», — сказал Хай-Бо Ю, профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Риверсайде, чья команда сейчас предлагает объяснение происхождения Кратера 2 в статье под названием «Интерпретация Кратера II самодействующей темной материей», опубликованной в The Astrophysical Journal Letters.

Галактика-спутник — это меньшая галактика, вращающаяся вокруг более крупной родительской галактики. Темная материя составляет 85% материи Вселенной и под действием гравитации может образовывать сферическую структуру, называемую гало темной материи. Невидимое гало пронизывает и окружает такую галактику, как Кратер 2. Тот факт, что Кратер 2 чрезвычайно холоден, указывает на то, что его гало имеет низкую плотность.

Ю объяснил, что Кратер 2 развивался в приливном поле Млечного Пути и испытывал приливные взаимодействия с родительской галактикой, подобно тому, как океаны Земли испытывают приливные силы из-за гравитации Луны. Теоретически приливные взаимодействия могут уменьшить плотность гало темной материи.

Однако последние измерения орбиты Кратера 2 вокруг Млечного Пути предполагают, что сила приливных взаимодействий слишком слаба, чтобы снизить плотность темной материи галактики-спутника, чтобы она соответствовала ее измерениям - если темная материя состоит из холодных бесстолкновительных частиц., как и ожидалось из преобладающей теории холодной темной материи или CDM.

«Еще одна загадка заключается в том, как кратер 2 мог иметь такой большой размер, поскольку приливные взаимодействия уменьшали бы размер, когда галактика-спутник развивается в приливном поле Млечного Пути», — сказал Ю.

Ю и его команда используют другую теорию, чтобы объяснить свойства и происхождение кратера 2. Названная самодействующей темной материей, или SIDM, она может убедительно объяснить разнообразные распределения темной материи. Он предполагает, что частицы темной материи взаимодействуют посредством темной силы, сильно сталкиваясь друг с другом вблизи центра галактики.

«Наша работа показывает, что SIDM может объяснить необычные свойства Кратера 2», — сказал Ю. «Ключевой механизм заключается в том, что самовзаимодействия темной материи термализуют гало Кратера 2 и создают ядро с малой плотностью, то есть плотность темной материи сглаживается на малых радиусах. Напротив, в гало CDM плотность резко возрастет. к центру галактики».

По словам Ю, в SIDM относительно небольшая сила приливных взаимодействий, соответствующая тому, что можно ожидать на основе измерений орбиты Кратера 2, достаточна для снижения плотности темной материи Кратера 2, что согласуется с наблюдениями.

«Важно, что размер галактики также увеличивается в гало SIDM, что объясняет большой размер Кратера 2», — сказал Ю. «Частицы темной материи просто более слабо связаны в сердцевинном гало SIDM, чем в «остроконечном» гало CDM. Наша работа показывает, что SIDM лучше, чем CDM, объясняет, как возник Кратер 2».

К Юю присоединились в исследовании Даненг Ян из UCR, а также Синъюй Чжан и Хайпэн Ань из Университета Цинхуа в Китае.

Больше информации: Xingyu Zhang et al, Self-interacting Dark Matter Interpretation of Crater II, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad50cd

Источник: University of California - Riverside