Благодаря беспрецедентному 18-летнему исследованию космический телескоп Хаббл позволил астрономам создать наиболее детальную трехмерную карту движения звезд в карликовой галактике Дракон. Эта галактика-спутник Млечного Пути находится на расстоянии примерно 250 000 световых лет от Земли. Полученные данные открывают новые возможности для понимания природы и распределения темной материи, которая составляет основную массу галактик, но остается невидимой для прямого наблюдения.
Темная материя: ключ к пониманию галактик
Темная материя представляет собой одну из фундаментальных загадок современной астрофизики. Она не испускает, не поглощает и не отражает электромагнитное излучение, что делает ее невидимой для традиционных телескопов. Однако ее гравитационное влияние очевидно: наблюдения показывают, что звезды на окраинах галактик движутся с аномально высокими скоростями, что указывает на присутствие дополнительной, невидимой массы. Считается, что на темную материю приходится около 85% всей материи во Вселенной. Вместе с обычным веществом она формирует так называемую космическую паутину — крупномасштабную структуру Вселенной, в узлах которой располагаются галактики и их скопления.
Согласно теоретическим моделям, темная материя должна концентрироваться в центрах галактик, образуя плотные сгустки. Однако предыдущие наблюдения часто показывали более равномерное распределение, создавая противоречия между теорией и практикой. Для разрешения этих расхождений необходимы сверхточные измерения динамики звезд, которые позволили бы косвенно «увидеть» гравитационный каркас из темной материи.
18 лет наблюдений за галактикой Дракон
Международная группа исследователей под руководством Эдуардо Витраля из Научного института космического телескопа (STScI) предприняла масштабный проект по изучению карликовой галактики Дракон. Выбор объекта был неслучаен. Карликовые сфероидальные галактики, к которым относится Дракон, являются идеальными природными лабораториями для изучения темной материи. В них чрезвычайно высока доля темной материи по отношению к видимому веществу, а их простая сферическая форма значительно упрощает математическое моделирование и анализ звездных движений. Кроме того, будучи спутником Млечного Пути, Дракон предоставляет уникальную возможность исследовать гравитационное взаимодействие между галактиками.
Ученые проанализировали архивные данные телескопа Хаббл, собранные в период с 2004 по 2022 год. Такой длительный временной промежуток был критически важен для достижения необходимой точности. Астрономы измерили как лучевые скорости звезд (движение вдоль луча зрения), так и их собственные движения (перемещение по плоскости неба). Комбинация этих данных позволила впервые реконструировать полную трехмерную картину звездной динамики в галактике. Точность измерений поражает воображение: она эквивалентна определению смещения объекта на ширину мяча для гольфа, если наблюдать его с Земли на поверхности Луны.
Результаты и будущие исследования
Проведенный анализ подтвердил космологические предсказания о распределении темной материи. Полученная карта показала, что невидимая материя формирует не однородный шар, а сложную структуру, напоминающую мост или гало с определенными внутренними особенностями. Это исследование стало значительным шагом в согласовании наблюдательных данных с теоретическими моделями холодной темной материи.
Разработанная методика имеет огромный потенциал для применения в других галактиках. В настоящее время команда уже использует аналогичный подход для анализа данных по карликовым галактикам Скульптор и Малая Медведица. В ближайшем будущем ожидается прорыв в этой области благодаря новым космическим миссиям. Европейский телескоп «Евклид», начавший научные наблюдения, и будущая обсерватория НАСА «Нэнси Грейс Роман» смогут проводить широкомасштабные обзоры неба, собирая статистику по тысячам галактик. Это позволит не только проверить текущие модели, но и, возможно, выявить новые свойства загадочной темной материи.
Исследование принято к публикации в авторитетном журнале The Astrophysical Journal.
Обратите внимание: MIT и IBM хотят изменить наш мир с помощью искусственного интеллекта.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.