Млечный Путь может быть окружён гораздо большим количеством галактик-спутников, чем считалось ранее

Автор: The Aquarius simulation, the Virgo Consortium/Dr Mark Lovell

Согласно новому исследованию, вокруг Млечного Пути может находиться значительно больше галактик-спутников, чем ранее предсказывали или наблюдали учёные. Космологи из Даремского университета применили новую методику, объединив высокодетализированные суперкомпьютерные симуляции с математическим моделированием, чтобы предсказать существование «потерянных» галактик-«сирот».

Результаты исследования указывают, что вокруг нашей галактики должно находиться около 80, а возможно, и до 100 дополнительных галактик-спутников, вращающихся на относительно близком расстоянии.

Если эти галактики будут обнаружены телескопами, это станет серьёзным подтверждением теории Lambda Cold Dark Matter (LCDM), объясняющей крупномасштабную структуру Вселенной и процесс формирования галактик.

Данное исследование будет представлено 11 июля на Национальном астрономическом собрании Королевского астрономического общества (NAM 2025) в Даремском университете.

Исследование основано на модели LCDM, согласно которой обычная материя (атомы) составляет лишь 5% от общего содержания Вселенной, 25% — холодная тёмная материя (CDM), а оставшиеся 70% — тёмная энергия.

В этой модели галактики формируются в центре гигантских скоплений тёмной материи, называемых гало. Большинство галактик во Вселенной — это карликовые галактики малой массы, многие из которых являются спутниками более массивных галактик, таких как наш Млечный Путь.

Существование этих загадочных объектов долгое время ставило под сомнение теорию LCDM, также известную как стандартная модель космологии. Согласно этой теории, вокруг Млечного Пути должно быть гораздо больше галактик-спутников, чем предсказывают симуляции или наблюдают астрономы.

Новое исследование показывает, что «потерянные» спутники Млечного Пути — это чрезвычайно тусклые галактики, почти полностью лишённые своих родительских гало тёмной материи из-за гравитационного воздействия нашей галактики. Эти так называемые «сиротские» галактики обычно не учитываются в симуляциях, но должны существовать в реальной Вселенной.

Используя новую методику, исследователи из Дарема смогли отследить количество, распределение и свойства этих галактик-«сирот», показав, что вокруг Млечного Пути должно быть гораздо больше спутников, которые можно обнаружить уже сегодня. Учёные надеются, что новые технологии, такие как камера Rubin Observatory LSST (недавно зафиксировавшая «первый свет»), позволят астрономам впервые увидеть эти очень тусклые объекты.

«Мы знаем, что у Млечного Пути около 60 подтверждённых галактик-спутников, но, по нашим расчётам, их должно быть гораздо больше — десятки таких тусклых галактик вращаются вокруг нашей галактики на близком расстоянии», — говорит ведущий исследователь доктор Изабель Сантос-Сантос из Института вычислительной космологии Даремского университета.

Если предсказания учёных подтвердятся, это укрепит позиции теории LCDM в объяснении формирования и эволюции структуры Вселенной. Астрономы уже используют эти прогнозы для сравнения с новыми наблюдательными данными.

Концепция LCDM является краеугольным камнем современного понимания Вселенной. Она легла в основу Стандартной модели космологии и остаётся наиболее общепринятой теорией, описывающей эволюцию и крупномасштабную структуру Вселенной.

Хотя модель прошла множество проверок, в последнее время её ставят под сомнение загадочные данные наблюдений за карликовыми галактиками.

Исследователи отмечают, что даже самые совершенные космологические симуляции (включающие моделирование газа, звёздообразования и тёмной материи) не обладают достаточным разрешением для изучения столь тусклых галактик, какие начинают обнаруживать рядом с Млечным Путём.

Кроме того, эти симуляции не могут с высокой точностью отслеживать эволюцию небольших гало тёмной материи, в которых находятся карликовые галактики, на протяжении миллиардов лет их вращения вокруг Млечного Пути. Это приводит к искусственному «разрушению» некоторых гало, оставляя галактики «сиротами». Однако в реальной Вселенной такие галактики должны сохраняться.

Чтобы решить эти проблемы, исследователи из Дарема объединили суперкомпьютерные симуляции с аналитическими моделями, включая симуляцию Aquarius (созданную консорциумом Virgo) — наиболее детализированную модель гало тёмной материи Млечного Пути, а также модель GALFORM, разработанную в Дареме за последние 20 лет для изучения физических процессов формирования галактик.

Результаты показали, что гало тёмной материи, потенциально содержащие галактики-спутники, вращаются вокруг центрального гало Млечного Пути практически с момента зарождения Вселенной, постепенно теряя тёмную материю и звёздную массу, что делает их крайне малыми и тусклыми.

Таким образом, исследование предсказывает, что общее количество галактик-спутников (любой яркости) вокруг Млечного Пути может составлять около 80, а возможно, и до 100 больше, чем известно сейчас.

Особое внимание уделяется примерно 30 недавно обнаруженным кандидатам в карликовые галактики-спутники, которые крайне тусклы и малы. Учёные пока не уверены, являются ли они карликовыми галактиками с гало тёмной материи или шаровыми скоплениями звёзд.

Как отмечает соавтор исследования профессор Карлос Френк, если предсказанные тусклые галактики-спутники будут обнаружены, это станет триумфом теории LCDM и наглядной демонстрацией силы физики и математики.

«Используя законы физики, решённые с помощью суперкомпьютера, и математическое моделирование, мы можем делать точные прогнозы, которые астрономы смогут проверить с помощью новых мощных телескопов. Лучше и быть не может», — заключил профессор Френк.

Подробнее: The contribution of "orphan" galaxies to the ultrafaint population of MW satellites. conference.astro.dur.ac.uk

Источник: Royal Astronomical Society