Галактическото ядро ​​може да съдържа по-малко тъмна материя, отколкото се предполагаше преди

Чрез записване на скоростта на звездите в целия Млечен път, физиците от Масачузетския технологичен институт установиха, че звездите в галактическия диск се движат по-бавно от очакваното в сравнение със звездите, които са по-близо до галактическия център. Резултатите повдигат изненадваща възможност: гравитационното ядро ​​на Млечния път може да е по-леко и да съдържа по-малко тъмна материя, отколкото се смяташе досега.

Новите открития се основават на анализа на екипа на данни, уловени от инструментите Gaia и APOGEE. Gaia е орбитален космически телескоп, който проследява точното положение, разстояние и движение на повече от милиард звезди в целия Млечен път, докато APOGEE е наземно изследване.

Физиците анализираха измерванията на Gaia на повече от 33 000 звезди, включително някои от най-отдалечените звезди в галактиката, и определиха „кръговата скорост“ на всяка звезда или колко бързо се върти звездата в галактическия диск, като се има предвид разстоянието на звездата от центъра на галактиката. .

Учените начертаха скоростта на всяка звезда спрямо нейното разстояние, за да генерират крива на въртене, стандартна графика в астрономията, която представя колко бързо се върти материята на дадено разстояние от центъра на галактиката. Формата на тази крива може да даде на учените представа колко видима и тъмна материя е разпределена в цялата галактика.

„Това, което бяхме наистина изненадани да видим, беше, че тази крива остана плоска, плоска, плоска за определено разстояние и след това започна да намалява“, казва Лина Нагиб, асистент по физика в MIT. „Това означава, че външните звезди се въртят малко по-бавно от очакваното, което е много изненадващ резултат.“

Екипът преведе новата крива на въртене в разпределение на тъмната материя, което може да обясни забавянето на екзозвездите, и установи, че получената карта създава по-леко галактическо ядро ​​от очакваното. Тоест центърът на Млечния път може да е по-малко плътен и да съдържа по-малко тъмна материя, отколкото смятат учените.

„Това поставя този резултат в противоречие с други измервания“, казва Наджиб. „Някъде се случва нещо странно и е наистина интересно да разберем къде е това, за да получим последователна картина на Млечния път.“

екипът Отчита резултатите си В Месечни известия на Кралското астрономическо дружество. Съавтори на изследването от MIT, включително Nassib, са първият автор Xiaowei Ou, Anna-Kristina Ehlers и Anna Friebel.

„в нищото“

Подобно на повечето галактики във Вселената, Млечният път се върти като вода във вихър, въртенето му се задвижва отчасти от цялата материя, която се върти в неговия диск. През 70-те години на миналия век астрономът Вера Рубин е първата, която забелязва, че галактиките се въртят по начини, които не могат да бъдат управлявани от чисто видима материя.

Тя и нейните колеги измерват скоростта на въртене на звездите и откриват, че получените криви на въртене са изненадващо плоски. Това означава, че скоростта на звездите остава същата в цялата галактика, вместо да намалява с разстоянието. Те заключиха, че друг вид невидима материя трябва да засяга далечните звезди, за да им даде допълнителен тласък.

Работата на Рубин върху кривите на въртене беше едно от първите убедителни доказателства за съществуването на тъмна материя, невидимо и неизвестно образувание, за което се смята, че превъзхожда всички звезди и друга видима материя във Вселената.

Оттогава астрономите са наблюдавали подобни плоски криви в далечни галактики, подкрепяйки съществуването на тъмна материя. Едва наскоро астрономите се опитаха да начертаят кривата на въртене на нашата галактика със звезди.

„Оказва се, че е трудно да се измери кривата на въртене, когато сте вътре в галактика“, отбелязва О.

През 2019 г. Анна Кристина Елерс, асистент по физика в Масачузетския технологичен институт, начерта кривата на въртене на Млечния път, използвайки предишен набор от данни от сателита Gaia. Това издание на данни включва звезди до 25 килопарсека, или около 81 000 светлинни години, от галактическия център.

Въз основа на тези данни Елерс забеляза, че кривата на въртене на Млечния път изглежда плоска, макар и с лек спад, подобно на други далечни галактики, и като се заключи, че галактиката вероятно носи висока плътност на тъмна материя в ядрото си. Но това мнение се промени сега, тъй като телескопът пусна нов набор от данни, този път включващ звезди, отдалечени на 30 килопарсека, приблизително 100 000 светлинни години от галактическото ядро.

„На тези разстояния ние сме на ръба на галактиката, където звездите започват да избледняват“, казва Фрипъл. „Никой не е изследвал как се движи материята в тази външна галактика, където ние наистина сме в нищото.“