Гравітація Чумацького Шляху може імітувати ознаки темної матерії у зоряних потоках

Зоряні потоки — довгі, тонкі смуги зір, що утворюються, коли зоряне скупчення або невелика галактика руйнується під дією гравітації більшої галактики. Астрономи часто розглядають їх як чутливі детектори темної матерії: проліт невидимої субгалактики може залишити в потоці прогалину, вигин або інше викривлення.

Однак нове дослідження Вашингтонського університету, опубліковане 27 серпня в The Astrophysical Journal, додає важливе застереження: подібні ознаки здатна створювати й сама гравітація Чумацького Шляху — без участі субгалактик темної матерії. 6

Це відкриття не скасовує цінність зоряних потоків як інструменту пошуку темної матерії. Натомість воно визначає своєрідну «нульову позначку»: перш ніж приписувати нерегулярність невидимій субгалактиці, дослідники мають врахувати, що могла зробити звичайна матерія нашої Галактики.

Що саме перевіряли симуляції

Науковці змоделювали чотири галактики з масою та будовою, подібними до Чумацького Шляху. Для експерименту вони навмисно вилучили з моделей субгалактики темної матерії, а потім розмістили в цих середовищах приблизно 15 000 зоряних потоків.

Системи розвивалися протягом п’яти мільярдів років змодельованого часу. Така постановка дала змогу ізолювати одне питання: які зміни у зоряному потоці може спричинити гравітація галактики-господаря сама по собі?

Нерегулярність виявилася майже нормою

Результат був промовистим: майже кожен змодельований потік набув викривлень. Серед них були:

• прогалини;
• вигини та злами;
• бічні відгалуження;
• розгалуження;
• скупчення та інші відхилення від рівної зоряної смуги. 6

За даними дослідження, ідеально гладкими залишилися лише близько 1% потоків. 6 Отже, сама по собі нерегулярність не є автоматичним доказом того, що через потік пройшла субгалактика темної матерії.

Головним джерелом викривлень виявився неоднорідний зоряний диск галактики-господаря. Коли потік перетинав щільніші ділянки, він рухався крізь гравітаційне поле, що змінювалося. Такий нерівномірний вплив міг згинати, розтягувати й розривати потік, створюючи структури, схожі на очікувані наслідки взаємодії із субгалактиками темної матерії. 6

Чому це базова модель, а не спростування методу

Дослідження не стверджує, що зоряні потоки більше не можуть розповісти про темну матерію. Воно показує, що окрему прогалину чи вигин не можна без додаткового аналізу приписувати субгалактиці.

Запустивши експеримент без субгалактик темної матерії, дослідники створили контрольний сценарій — модель того, як на потоки впливає лише галактика-господар. У наступних симуляціях до таких самих систем можна буде додати субгалактики й порівняти результати. Це допоможе визначити, які особливості трапляються частіше або мають іншу форму саме після взаємодії з темною матерією. 6

Таке порівняння необхідне, щоб не отримувати хибнопозитивні результати — не приймати звичайні викривлення, спричинені динамікою Чумацького Шляху, за свідчення існування невидимих структур.

Яку роль може відіграти обсерваторія Вери Рубін

Очікується, що обсерваторія Вери Рубін за допомогою телескопа імені Сімоні відкриє значно більше слабких зоряних потоків і дасть змогу детальніше дослідити їхню будову. Більша кількість спостережуваних об’єктів дозволить краще зіставити реальні потоки із симуляціями, у яких окремо моделюються гравітація Чумацького Шляху та вплив субгалактик темної матерії. 6

Наступний етап — не відмовлятися від зоряних потоків, а зробити цей метод точнішим. Поєднання реалістичних моделей галактики-господаря, симуляцій із субгалактиками темної матерії та майбутнього каталогу обсерваторії Рубін може допомогти з’ясувати, які викривлення є звичайним наслідком галактичної динаміки, а які справді можуть вказувати на темну матерію.