Физики объясняют отличительные особенности звездного потока

Исследователи из Северо-Восточного университета показали, что наша видимая Вселенная и невидимая темная материя, вероятно, эволюционировали совместно со времен Большого взрыва. Автор: Pixabay/CC0 Public Domain

Физики предложили решение давней загадки, связанной со звездным потоком GD-1, одним из наиболее хорошо изученных потоков в галактическом гало Млечного Пути, известным своей длинной, тонкой структурой и необычными особенностями в виде шпор и разрывов.

Команда исследователей, возглавляемая Хай-Бо Ю из Калифорнийского университета в Риверсайде, предположила, что «субгало» из коллапсирующей самодействующей темной материи (SIDM) - меньшего размера гало-спутника внутри галактического гало — ответственноза за своеобразные всплески и разрывы, наблюдаемые в GD-1 звездный поток.

Результаты исследования опубликованы в журнале Astrophysical Journal Letters в статье под названием «Возмущение звездного потока GD-1 как коллапсирующее ядро самодействующего ореола темной материи». Исследование может иметь важное значение для понимания свойств темной материи во Вселенной.

Галактическое гало Млечного Пути, примерно сферическая область, окружающая галактику, содержит темную материю и простирается за пределы видимого края галактики.

Астрономы обнаружили, что характерные для звездного потока GD-1 отростки и щели не могут быть легко объяснены гравитационным влиянием известных шаровых скоплений или галактик-спутников Млечного Пути.

Однако эти особенности могут быть объяснены неизвестным возмущающим объектом, таким как субгало. Но плотность объекта должна быть значительно выше, чем то, что предсказывается традиционными субгало из холодной темной материи (CDM).

"Субгало CDM обычно не обладают плотностью, необходимой для получения отличительных особенностей, наблюдаемых в потоке GD-1", - пояснил Ю, профессор физики и астрономии.

"Однако наше исследование показывает, что коллапсирующее субгало SIDM могло бы достичь необходимой плотности. Такое компактное подгало было бы достаточно плотным, чтобы оказывать гравитационное воздействие, необходимое для объяснения наблюдаемых возмущений в потоке GD-1".

Считается, что темная материя, которую невозможно увидеть непосредственно, составляет 85% вещества во Вселенной. Ее природа до конца не изучена. CDM, преобладающая теория темной материи, предполагает, что частицы темной материи не сталкиваются друг с другом. SIDM, теоретическая форма темной материи, предполагает, что частицы темной материи взаимодействуют друг с другом посредством новой темной силы.

В своем исследовании Ю и его команда использовали численное моделирование, называемое моделированием N-тел, для моделирования поведения коллапсирующего субгало SIDM.

"Результаты нашей команды дают новое объяснение наблюдаемым выступам и разрывам в GD-1, которые, как долгое время считалось, указывают на близкое столкновение с плотным объектом", - сказал Ю. "В нашем сценарии возмущающим фактором является субгало SIDM, которое нарушает пространственное распределение и распределение скоростей звезд в потоке и создает отличительные особенности, которые мы видим в звездном потоке GD-1".

По словам Ю, это открытие также дает представление о природе самой темной материи.

«Эта работа открывает новый многообещающий путь для исследования свойств самодействующей темной материи через звездные потоки», - сказал он. «Это знаменует собой захватывающий шаг вперед в нашем понимании темной материи и динамики Млечного Пути».

К Юю присоединились Синью Чжан и Данен Ян из Калифорнийского университета в Калифорнии, а также Итан О. Надлер из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Больше информации: Визуализации хорошо известных звездных потоков в Млечном Пути можно найти здесь.
Синью Чжан и др., Возмущение звездного потока GD-1 в виде коллапсирующего ядра самодействующего гало темной материи, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ada02b

Источник: University of California - Riverside