Впервые обнаружен звездный поток из шарового скопления в другой галактике: ключ к разгадке темной материи

Как нашли «космическую хлебную крошку» в архивах Hubble

Поток был замечен при анализе архивных снимков, полученных камерой ACS (Advanced Camera for Surveys) космического телескопа Hubble. Эти изображения изначально делались для других научных целей . Команда исследователей целенаправленно искала признаки «возмущенной» морфологии у галактики UGC 9050-Dw1, которая уже была известна своей необычной насыщенностью шаровыми скоплениями (ученые идентифицировали около 52 ± 12 таких скоплений) и наличием приливного «хвоста» — остатков прошлых взаимодействий . Внимание ученых привлекла тонкая вытянутая звездная структура, отходящая от одного из скоплений, — классический признак приливного потока . В более ранних работах по изучению шаровых скоплений этой галактики участвовала астрофизик из Северо-Западного университета Кэтрин Филдер .

UGC 9050-Dw1 относится к классу ультрадиффузных галактик (УДГ) — объектов с очень низкой поверхностной яркостью. Примечательно, что около 20% всего света этой галактики исходит именно от ее шаровых скоплений, что является аномально высокой долей .

Как звездные потоки «прощупывают» темную материю

Форма потока — его ширина, изгиб, наличие разрывов или изломов — напрямую отражает гравитационное поле, через которое он проходит . Если темная материя «холодная» и состоит из множества мелких сгустков (субгало), поток будет искажаться, образуя характерные разрывы и изгибы. Если же темная материя «теплая» или имеет иную природу, количество и масса субгало меняются, а с ними меняется и форма потока. Смоделировав поток в галактике UGC 9050-Dw1, команда впервые смогла приступить к проверке моделей темной материи на таких огромных расстояниях .

Используя генеративный метод моделирования под названием X-Stream, ученые подогнали динамические модели под форму потока, чтобы определить массу родительского шарового скопления, и представили первые ограничения на свойства темного гало для ультрадиффузной галактики . Результаты указывают на то, что UGC 9050-Dw1 обладает темным гало с определенными структурными характеристиками .

Грядущая революция: телескопы Roman, Euclid и Rubin

Ученые уверены, что это открытие — лишь начало. Уже в ближайшие годы новые обсерватории многократно увеличат количество подобных находок:

• Космический телескоп Nancy Grace Roman (NASA). Благодаря 200-мегапиксельной широкоугольной камере, Roman сможет за один снимок получить изображение целой галактики, различая тонкие звездные потоки, для съемки которых Hubble потребовались бы сотни отдельных кадров . Миссия Roman специально спроектирована для изучения звездных потоков; уже сейчас предсказывается, что он обнаружит десятки потоков из шаровых скоплений во внешних галактиках . В статье NASA Science отмечается, что Roman «станет отличным инструментом для поиска тонких звездных потоков» за пределами Млечного Пути .
• Обсерватория Euclid (ESA). Ее широкий оптический и инфракрасный обзор позволит картировать внегалактические приливные структуры на огромных участках неба, дополняя целенаправленные наблюдения Roman .
• Обсерватория Веры Рубин (LSST). Согласно симуляциям, одна только LSST сможет наблюдать 1000 и более звезд в 40–100 потоках из шаровых скоплений за пределами Млечного Пути .

Финансируемые Европейским исследовательским советом проекты BeyondSTREAMS и EXTRADARK уже разрабатывают теоретические основы, необходимые для интерпретации обильного потока данных, которые поступят от этих инструментов .

Совместная работа этих обсерваторий превратит единичные находки внегалактических потоков в полноценную статистическую выборку, что позволит проводить точные измерения темной материи в галактиках самых разных типов и окружений .