Чумацький Шлях може містити менше темної матерії у своєму ядрі, ніж передбачалося

Зірки на околиці Чумацького Шляху рухаються повільніше, ніж передбачалося раніше. Група фізиків з Массачусетського технологічного інституту (MIT) виявила цю особливість, вивчаючи дані, отримані за допомогою космічного телескопа Gaia та наземного інструменту APOGEE.

У ході дослідження, фізики проаналізували інформацію про більш ніж 33000 зірок Чумацького Шляху, які охоплювали всі віддалені куточки галактики. Вони виміряли швидкість обертання цих зірок і помітили, що ті зірки, що знаходяться на краю галактики, рухаються трохи повільніше, ніж очікувалося.

Дослідники перетворили отримані дані в модель розподілу темної матерії, яка несприятлива для спостереження, оскільки вона не випромінює світло та взаємодіє з видимою матерією лише через гравітаційну взаємодію. Однак вона впливає на рух зірок.

Отримані результати припускають, що ядро ​​Чумацького Шляху містить менше темної матерії, ніж передбачалося раніше. Це має значні наслідки для уявлень про розподіл темної матерії, оскільки її наявність вважається ключовим фактором, що підтримує стабільність галактик і пояснює їх швидкість обертання, що спостерігається. Якщо припущення про легше ядра Чумацького Шляху підтвердиться, це може вимагати перегляду поглядів на галактичної динаміці.

Спостереження за швидкістю обертання галактик одна із ключових аспектів астрономії. У 1970-х роках астроном Віра Рубін зауважила, що швидкість обертання галактик не може бути пояснена лише видимою матерією. Кругова швидкість зірок, що обертаються навколо галактичного центру, залишалася постійною на протяжності галактики, що вказувало на наявність додаткової невидимої матерії, яка впливає на їх рух.

Робота Віри Рубін стала одним із перших переконливих доказів існування темної матерії – компонента, який, як вважається, становить більшу частину всієї речовини у Всесвіті. Потім астрономи виявили схожі криві обертання у віддалених галактиках, підтверджуючи припущення про темну матерію. Проте нещодавно астрономи почали досліджувати і будувати криву обертання нашої власної галактиці з урахуванням даних про зірках.

У 2019 році Анна-Крістіна Ейлерс, яка займається фізикою, викладає в MIT, зацікавилася вивченням кривої обертання Чумацького Шляху. Вона використовувала попередні дані, зібрані та опубліковані телескопом Gaia, який зібрав статистичну інформацію про зірки, віддалені від центру галактики до 25 кілопарсеків (близько 81 000 світлових років).

Аналізуючи ці дані, Ейлерс зауважила, що крива обертання Чумацького Шляху виглядала плоскою зі слабким спадом на околицях, що схоже на інші віддалені галактики. Це вказувало високу щільність темної матерії в ядрі галактики. Однак нова порція даних, надана супутником, додала зірки, віддалені до 30 кілопарсеків, тобто майже 100 000 світлових років від центру галактики.

Науковий колектив під керівництвом Ейлерс скористався новими даними Gaia та доповнив їх вимірами, отриманими від APOGEE (Галактична Обсерваторія Апачі Поінт), який аналізує характеристики понад 700000 зірок Чумацького Шляху, включаючи яскравість, температуру та склад.

З використанням отриманих даних команда визначила точні відстані більш ніж 33000 зірок і створила тривимірну карту розміщення цих зірок в межах 30 кілопарсеків Чумацького Шляху. Потім вони внесли цю карту в модель обертальної швидкості, щоб передбачити швидкість руху кожної окремої зірки, враховуючи розподіл решти зірок у галактиці. На основі цього вчені побудували оновлену криву обертання Чумацького Шляху, відображаючи швидкість та відстань кожної зірки на графіку.

"Саме тут ми зіткнулися з незвичайними результатами", - розповідає учасник дослідницької групи Ліна Некіб. Замість очікуваного невеликого спаду на околиці команда виявила різкіше падіння. Це свідчить про те, що зовнішні зірки рухаються ще повільніше, ніж передбачалося.

Перетворивши криву обертання кількість темної матерії, що міститься в галактиці, дослідники виявили, що центр Чумацького Шляху може містити менше темної матерії, ніж було передбачуваним раніше.

«Цей результат суперечить раніше зробленим спостереженням. Подальше вивчення нашого результату має важливі наслідки. Це може вказувати на наявність додаткової прихованої маси поза галактичним диском або призвести до переосмислення рівноваги в нашій галактиці. Ми маємо намір звернутися до високорозв'язних симуляцій галактик, схожих з Чумацьким Шляхом, щоб знайти відповіді на ці питання», - говорить Некіб.