Astronomija

Ar palydovinių galaktikų orbitos rodo tamsiosios materijos įtaką?

Ar palydovinių galaktikų orbitos rodo tamsiosios materijos įtaką?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Aš suprantu, kaip galaktikos sukimosi kreivės rodo tamsiosios materijos įtaką, ar ką nors kitą, kas sukeltų panašų elgesį, pvz., Modifikuota Niutono dinamika (MOND). Ar palydovų galaktikų orbitos rodo tą pačią įtaką?

MOND terminologijoje palydovo galaktikos vidinis sunkumas nėra svarbus šiam klausimui. Kyla klausimas, ar priimančiosios galaktikos gravitacinis poveikis palydovui buvo Niutono ar MOND?


Trumpas atsakymas yra „Taip, palydovinių galaktikų orbitos neabejotinai parodo tamsiosios materijos (ar panašiai kaip MOND, jei norite) įtaką“. Galaktikoms, esančioms už Vietinės grupės ribų, galite išmatuoti tik jų radialinius greičius nuo Doplerio poslinkių (ty greičius išilgai mūsų regėjimo linijos iki galaktikos), tačiau vis tiek galite pažvelgti į šių greičių pasiskirstymą palydovams aplink centrinę galaktiką ir dirbti apytikslis masės kiekis, reikalingas palydovams likti surištiems - taigi jums reikia tamsiosios materijos. (Pirmosios tamsiosios materijos užuominos, trukusios praėjusio amžiaus trečiajame dešimtmetyje, buvo iš didesnio masto šios versijos: Zwicky ir kiti matavo galaktikų radialinius greičius galaktikų grupėse ir nustatė, kad jie buvo per dideli, kad juos būtų galima paaiškinti matoma grupių galaktikos. [*])

Mūsų pačių galaktikos palydovams maždaug per pastaruosius dvidešimt penkerius metus tapo įmanoma išmatuoti tinkamus judesius (judesius dangumi, statmenus regėjimo linijai), taip pat jų radialinius greičius, kad galėtume išmatuoti jų faktiniai 3D erdvės greičiai. Šis Fritzo ir kt. (2020) naudoja tinkamus judesius iš Gaia stebėjimai 45 palydovų galaktikos, skirtos įvertinti Paukščių Tako tamsiosios medžiagos aureolės masę. Jie mano, kad apie tai 1,5 USD kartus 10 ^ {12} M _ { odot} $, atitinka kitus matavimus. [**] (Atkreipkite dėmesį, kad skirtingai nei diske skriejančių dujų debesų matavimo atveju - pirminiai duomenys, rodantys tamsiąją medžiagą spiralinėse galaktikose, negalima manyti, kad palydovų orbitos yra apskritos, todėl skaičiavimai yra sudėtingesni, tačiau jie vis tiek pateikia maždaug tuos pačius atsakymus.)

[*] Vėlesni stebėjimai naudojant rentgeno palydovus parodė, kad galaktikų spiečiuose yra didelis kiekis normalios barioninės medžiagos tarp galaktikos labai karštų, praskiestų, rentgeno spindulius skleidžiančių dujų pavidalu. Tačiau net pridedant tai prie žvaigždžių masės galaktikose, klasteryje vis tiek nepakanka masės radialiniams greičiams paaiškinti.

[**] Šią vertę galima palyginti su bario mase Paukščių Takui apie $ 5 kartus 10 ^ {10} M _ { odot} $ žvaigždžių pavidalu, plius gal dar viena $ 1 kartus 10 ^ {10} M _ { odot} $ dujų pavidalu.


Aš susimaišiau su jūsų klausimu: „Ar palydovinės galaktikos rodo tamsiosios medžiagos įtaką apskritai ... ty. Ar jose yra tamsiosios materijos?“, Bet manau, kad atsakiau į jūsų klausimą apačioje apie orbitas ir greičio sklaidą, kaip jūs minėjote.

Paprastai pastebima, kad potvynių nykštukinėse galaktikose (TDG) trūksta tamsiosios medžiagos. TDG skiriasi nuo „įprastų“ nykštukinių galaktikų, kuriose paprastai dominuoja tamsioji materija ir kurios greičiausiai yra pirminės kilmės, ir manoma, kad jos susidarė savo tamsiosios materijos aureolėje ir turi skirtingas evoliucijos istorijas iš TDG.

TDG susidaro susidūrus su galaktikomis / sąveikau ir per šį procesą jie nesudaro tamsiosios materijos. Tamsioji materija aureolėje iš pagrindinės galaktikos yra per daug dinamiškai karšta, kad būtų galima pritraukti ir tik barionai. Šis rezultatas atitinka tamsiosios materijos paradigmą (nėra būdingas MOND, bet nebūtinai jos išskiria), nes šios galaktikos NĖRA pirminės kilmės. Tai, kas iššaukia „Lambda-CDM“ (šalta tamsioji medžiaga) ir gali palaikyti MOND, yra tokia:

Taigi mes žinome, kad „Lambda-CDM“ numato izotropinius pasiskirstymus ir atsitiktinę kinematiką palydovų sistemoms, tačiau mes to nestebime. Vietoj to, mes pastebime, kad nykštukinės palydovinės galaktikos egzistuoja diske ar plokštumoje, kuri greičiausiai sukasi kartu su pagrindine galaktika. Mes matome, kad tai vyksta Paukščių Tako, Andromedos ir Kentauro A. TDG telpa į šį galvosūkį, nes fazės ir erdvės darna gali būti prasmingesnė, jei iš pradžių palydovų galaktikos buvo TDG. Mullerio ir kt. 2018 m. 14 iš 16 palydovų, turinčių kinematinius duomenis, vykdo nuoseklų greičio modelį, suderintą su ilgąja jų erdvinio pasiskirstymo ašimi.

Turint duomenis apie palydovines galaktikas ir jų masyvias pagrindines galaktikas, darosi vis sunkiau teigti, kad mes tiesiog negalime pamatyti nykštukinių palydovinių galaktikų (vadinamų trūkstama palydovų problema, kurios LCDM nepaaiškina). Panašu, kad modeliavimas, kuris numato į halą panašų palydovų galaktikų pasiskirstymą, turi rimtų trūkumų. Galbūt kažkas neapskaityta arba tamsiosios materijos idėja neteisinga. Bet kokiu atveju galimybė numatyti palydovų pasiskirstymą išlieka problema.

Dauguma astronomų vis dar „balsuoja“ už LCDM, nes tamsioji materija yra „reikalinga“ paaiškinant didelę šiandien matomą struktūrą ir gravitacinės masės tankis viršija bariono tankį. Problema ta, kad mes vis dar nežinome, kas yra tamsioji materija, ir trūksta galimybių. Aš asmeniškai esu agnostikas, kol neturime daugiau duomenų.

MOND prognozuoja, kad greičio sklaida skirsis nuo Niutono režimo, kai šeimininko išorinis laukas viršys nykštukinio palydovo vidinį lauką (išorinio lauko dominuojantis pusiau niutono režimas). Norint užtikrintai atskirti Niutono dinamiką nuo MOND palydovų galaktikų greičio sklaidose, reikia nepaprastai didelio tikslumo, o tai šiuo metu mažai tikėtina. Norėdami gauti daugiau informacijos ir lygtis, žr. Http://astroweb.case.edu/ssm/mond/EFE.html.


Tamsiosios medžiagos teorijos patikrinimas naudojant Paukščių Tako palydovines galaktikas

Kalifornijos universiteto (Riverside) fizikų vadovaujama tyrimų grupė praneša, kad mažytės Paukščių Tako palydovinės galaktikos gali būti naudojamos pagrindinėms & # 8220tamsios medžiagos & # 8221 - savybės - manoma, kad 85% visatos materijos savybėms patikrinti.

Naudodamiesi sudėtingomis simuliacijomis, mokslininkai parodo, kad teorija, vadinama savaime sąveikaujančia tamsiąja materija, arba SIDM, gali įtikinamai paaiškinti įvairius tamsiosios medžiagos pasiskirstymus Draco ir Fornax - dviejose Paukščių Tako ir # 8217 daugiau nei 50 atrastų palydovų galaktikose.

Vyraujanti tamsiosios materijos teorija, vadinama „Cold Dark Matter“ arba CDM, paaiškina didžiąją visatos dalį, įskaitant tai, kaip joje atsiranda struktūros. Tačiau ilgalaikis CDM iššūkis buvo paaiškinti įvairius tamsiosios medžiagos pasiskirstymus galaktikose.

Tyrėjai, vadovaujami UC Riverside & # 8217s Hai-Bo Yu ir Laura V. Sales, tyrė SIDM & # 8220subhalos & # 8221 evoliuciją Paukščių Tako ir # 8220t potvynio lauke & # 8221 - gradientą Paukščių Tako gravitaciniame lauke. kad palydovinė galaktika jaučia potvynio jėgą. Subhalos yra tamsiosios medžiagos sankaupos, kuriose yra palydovų galaktikos.

Paveikslėlyje rodomi „Draco“ (kairėje) ir „Fornax“. Autorius: „Draco“ vaizdui: „Hubble“ kosminis teleskopas, skirtas „Fornax“ vaizdui: ESO / „Digitized Sky Survey 2“.

& # 8220Mes nustatėme, kad SIDM gali sudaryti įvairius tamsiosios medžiagos pasiskirstymus Draco ir Fornax aureolėse, sutinkant su pastebėjimais, & # 8221 sakė Yu, fizikos ir astronomijos docentas ir teorinis fizikas, turintis tamsiosios medžiagos dalelių savybių patirties. & # 8220SIDM metu subhaloso ir Paukščių Tako sąveika lemia įvairesnį tamsiosios medžiagos pasiskirstymą vidiniuose subhaloso regionuose, palyginti su jų CDM kolegomis.

„Draco“ ir „Fornax“ vidinės tamsiosios medžiagos turinys yra priešingas. Draco tamsiausias materijos tankis yra didžiausias tarp devynių ryškių Paukščių Tako palydovų galaktikų, „Fornax“ yra mažiausias. Naudodami pažangius astronominius matavimus, astrofizikai neseniai rekonstravo savo orbitos trajektorijas Paukščių Tako potvynio lauke.

Mūsų iššūkis buvo suprasti „Draco“ ir „Fornax & # 8217“ įvairovės tamsiosios medžiagos pasiskirstymo kilmę, atsižvelgiant į šias naujai išmatuotas orbitos trajektorijas, - sakė # 8221 Yu. & # 8220Mes nustatėme, kad SIDM gali pateikti paaiškinimą, atsižvelgiant į potvynio ir tamsiosios medžiagos sąveiką.

Tyrimo rezultatai rodomi Fizinės apžvalgos laiškai.


Žydrai taškai kartu atspindi palydovą. Paukščių Tako galaktika yra rausvų brūkšniuotų linijų sankirtoje (animacijos centras). Gigos metais išsivystęs laikas rodomas kairiajame viršutiniame animacijos kampe. Šiame vaizdo įraše matome, kaip palydovas, veikiamas gravitacinės šeimininko įtakos (Paukščių takas), sukasi aplink šeimininko masės centrą. Palikęs keletą kartų, palydovas praranda didžiąją masės dalį. Tai vadinama potvynio nuėmimu. Jei per šį procesą palydovas visiškai sunaikinamas, jis vadinamas potvynio trikdžiu. Visa simuliacija vykdoma 10 gigų. Ši animacija susideda iš 100 momentinių nuotraukų.

Tamsioji materija ir gamta išlieka beveik nežinoma. Skirtingai nuo įprastos medžiagos, ji nesugeria, neatspindi ir neskleidžia šviesos, todėl ją sunku aptikti. Tamsiosios materijos prigimties nustatymas yra pagrindinis dalelių fizikos ir astrofizikos uždavinys.

Laikoma, kad CDM metu tamsiosios medžiagos dalelės nėra susidūrusios, o kiekviena galaktika sėdi tamsiosios materijos aureolėje, kuri sudaro gravitacinius pastolius, laikančius ją kartu. SIDM siūloma tamsioji materija sąveikauti per naują tamsiąją jėgą. Manoma, kad tamsiosios materijos dalelės stipriai susiduria viena su kita vidinėje aureolėje, netoli galaktikos centro - procesas, vadinamas tamsiosios materijos savęs sąveika.

& # 8220 Mūsų darbas rodo, kad Paukščių Tako palydovinės galaktikos gali atlikti svarbius skirtingų tamsiosios materijos teorijų testus. & # 8221 sakė Salesas, fizikos ir astronomijos docentas bei astrofizikas, turintis žinių apie galaktikų susidarymo skaitines simuliacijas. Parodome, kad tamsiosios materijos savęs ir potvynių sąveikos sąveika gali sukelti naujų parašų SIDM, kurių nesitikima pagal vyraujančią ŠPM teoriją. & # 8221

Savo darbe tyrėjai daugiausia naudojo skaitines simuliacijas, vadinamąsias & # 8220N-kūno simuliacijomis & # 8221, ir prieš vykdydami savo modeliavimą, naudodamiesi analitiniu modeliavimu įgijo vertingos intuicijos.

& # 8220Mūsų modeliai atskleidžia naują dinamiką, kai potvynio srityje vystosi SIDM subhalo, & # 8221 sakė Omidas Sameie, buvęs UCR magistrantas, dirbęs su „Yu and Sales“, o dabar yra Teksaso universiteto Ostine doktorantas. skaitmeninės galaktikos formavimosi simuliacijos. Manoma, kad Draco stebėjimai neatitiko SIDM prognozių. Bet mes nustatėme, kad SIDM subhalo gali sukelti didelį tamsiosios medžiagos tankį, kad paaiškintų Draco. & # 8221

Pardavimai paaiškino, kad SIDM numato unikalų reiškinį pavadinimu & # 8220core žlugimas. & # 8221 Tam tikromis aplinkybėmis aureolės vidinė dalis žlunga veikiama gravitacijos ir sukuria didelį tankį. Tai prieštarauja įprastam lūkesčiui, kad tamsiosios medžiagos sąveika veda prie mažo tankio aureolės. Pardavimai teigė, kad komanda ir # 8217 modeliavimas nustato sąlygas, kada šerdis gali subyrėti.

Norėdami paaiškinti „Draco“ didelę tamsiosios medžiagos tankį, jos pradinė aureolės koncentracija turi būti didelė “, - sakė ji. & # 8220Didesnė tamsiosios medžiagos masė turi būti paskirstyta vidinėje aureolėje. Nors tai pasakytina ir apie CDM, ir apie SIDM, SIDM atveju branduolio žlugimo reiškinys gali pasireikšti tik tuo atveju, jei koncentracija yra didelė, todėl žlugimo trukmė yra mažesnė nei visatos amžius. Kita vertus, „Fornax“ turi mažai koncentruotą subhalą, todėl jo tankis išlieka mažas. & # 8221

Tyrėjai pabrėžė, kad dabartinis jų darbas daugiausia susijęs su SIDM ir neatlieka kritinio įvertinimo, kaip CDM gali paaiškinti tiek „Draco“, tiek „Fornax“.

Po to, kai komanda naudojo skaitmeninius modeliavimus, kad tinkamai atsižvelgtų į tamsiosios materijos savęs ir potvynių sąveikos dinaminę sąveiką, mokslininkai pastebėjo ryškų rezultatą.

& # 8220 Centrinė tamsi SIDM subhalo medžiaga gali padidėti, priešingai nei įprasta, tikėjosi & # 8221. Svarbu, kad mūsų modeliavimas nustato šio reiškinio atsiradimo SIDM sąlygas ir parodome, kad tai gali paaiškinti Draco pastebėjimus. & # 8221

Tyrimo grupė planuoja išplėsti tyrimą ir kitose palydovinėse galaktikose, įskaitant ypač silpnas galaktikas.

Nuoroda: & # 8220Savyje sąveikaujantys tamsiosios medžiagos subhalai Paukščių Tako potvynyje & # 8221: Omid Sameie, Hai-Bo Yu, Laura V. Sales, Mark Vogelsberger ir Jesús Zavalar, 2020 m. Balandžio 8 d., Fizinės apžvalgos laiškai.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.141102

Yu, Salesą ir Sameie tyrime dalyvavo Markas Vogelsbergeris iš Masačusetso technologijos instituto ir Jesúsas Zavala iš Islandijos universiteto. Sameie yra pirmoji mokslinio darbo autorė.


Palydovinės Paukščių Tako galaktikos padeda patikrinti tamsiosios materijos teoriją

Paveikslėlyje rodomi Draco (kairėje) ir Fornax. Autorius: „Draco“ vaizdui: „Hubble“ kosminis teleskopas, skirtas „Fornax“ vaizdui: ESO / „Digitized Sky Survey 2“.

Kalifornijos universiteto (Riverside) fizikų vadovaujama tyrimų grupė praneša, kad mažytės Paukščių Tako palydovinės galaktikos gali būti naudojamos pagrindinėms „tamsiosios materijos“ savybėms patikrinti - ne šviečiančiai medžiagai, kuri, kaip manoma, sudaro 85% visatos materijos.

Naudodamiesi sudėtingomis simuliacijomis, mokslininkai parodo, kad teorija, vadinama savaime sąveikaujančia tamsiąja materija, arba SIDM, gali įtikinamai paaiškinti įvairius tamsiosios medžiagos pasiskirstymus Draco ir Fornax - dviejose iš Paukščių Tako daugiau nei 50 atrastų palydovų galaktikų.

Vyraujanti tamsiosios materijos teorija, vadinama „Cold Dark Matter“ arba CDM, paaiškina didžiąją visatos dalį, įskaitant tai, kaip joje atsiranda struktūros. Tačiau ilgalaikis CDM iššūkis buvo paaiškinti įvairius tamsiosios medžiagos pasiskirstymus galaktikose.

Tyrėjai, vadovaujami UC Riverside'o Hai-Bo Yu ir Laura V. Saleso, tyrė SIDM „subhalos“ evoliuciją Paukščių Tako „potvynio lauke“ - Paukščių Tako gravitacijos lauko gradiente, kuriame jaučiasi palydovinė galaktika. potvynio jėgos forma. Subhalos yra tamsiosios medžiagos sankaupos, kuriose yra palydovų galaktikos.

„Mes nustatėme, kad SIDM gali sukelti įvairius tamsiosios medžiagos pasiskirstymus Draco ir Fornax ore, sutinkant su pastebėjimais“, - sakė Yu, fizikos ir astronomijos docentas ir teorinis fizikas, turintis tamsiosios medžiagos dalelių savybių patirties. "SIDM metu subhaloso ir Paukščių Tako potvynių sąveika lemia įvairesnį tamsiosios medžiagos pasiskirstymą vidiniuose subhaloso regionuose, palyginti su jų CDM analogais."

„Draco“ ir „Fornax“ vidinės tamsiosios medžiagos turinys yra priešingas. Draco tamsiausias materijos tankis yra didžiausias tarp devynių ryškių Paukščių Tako palydovų galaktikų, „Fornax“ yra mažiausias. Naudodami pažangius astronominius matavimus, astrofizikai neseniai rekonstravo savo orbitos trajektorijas Paukščių Tako potvynio lauke.

„Mūsų uždavinys buvo suprasti„ Draco “ir„ Fornax “skirtingos tamsiosios medžiagos pasiskirstymo kilmę atsižvelgiant į šias naujai išmatuotas orbitos trajektorijas“, - sakė Yu. "Mes nustatėme, kad SIDM gali pateikti paaiškinimą, atsižvelgdamas į potvynio ir tamsiosios medžiagos sąveikas."

Tyrimo rezultatai rodomi Fizinės apžvalgos laiškai.

Žydrai taškai kartu atspindi palydovą. Paukščių Tako galaktika yra rausvų brūkšniuotų linijų sankirtoje (animacijos centras). Gigos metais išsivystęs laikas rodomas kairiajame viršutiniame animacijos kampe. Šiame vaizdo įraše matome, kaip palydovas, veikiamas gravitacinės šeimininko įtakos (Paukščių takas), sukasi aplink šeimininko masės centrą. Palikęs keletą kartų, palydovas praranda didžiąją masės dalį. Tai vadinama potvynio nuėmimu. Jei per šį procesą palydovas visiškai sunaikinamas, jis vadinamas potvynio trikdžiu. Visa simuliacija vykdoma 10 gigų. Ši animacija susideda iš 100 momentinių nuotraukų. Kreditas: Omidas Sameie

Tamsiosios materijos prigimtis tebėra nežinoma. Skirtingai nuo įprastos medžiagos, ji nesugeria, neatspindi ir neskleidžia šviesos, todėl ją sunku aptikti. Tamsiosios materijos prigimties nustatymas yra pagrindinis dalelių fizikos ir astrofizikos uždavinys.

CDM laikoma, kad tamsiosios medžiagos dalelės nėra susidūrusios, o kiekviena galaktika sėdi tamsiosios materijos aureolėje, kuri sudaro gravitacinius pastolius, laikančius ją kartu. SIDM siūloma tamsioji materija sąveikauti per naują tamsiąją jėgą. Daroma prielaida, kad tamsiosios materijos dalelės stipriai susiduria viena su kita vidinėje aureolėje, netoli galaktikos centro - procesas vadinamas tamsiosios materijos savęs sąveika.

„Mūsų darbai rodo, kad Paukščių Tako palydovinės galaktikos gali atlikti svarbius skirtingų tamsiosios materijos teorijų testus“, - sakė Salesas, fizikos ir astronomijos docentas bei astrofizikas, turintis žinių apie galaktikų susidarymo skaitines simuliacijas. "Mes parodome, kad tamsiosios medžiagos sąveika tarp savęs ir potvynių ir potvynių sąveika gali sukelti naujus SIDM parašus, kurių nesitikima pagal vyraujančią ŠPM teoriją."

Savo darbe tyrėjai daugiausia naudojo skaitines simuliacijas, vadinamas „N-kūno simuliacijomis“, ir prieš vykdydami savo modeliavimą, naudodamiesi analitiniu modeliavimu įgijo vertingos intuicijos.

„Mūsų modeliavimas atskleidžia naują dinamiką, kai potvynio srityje vystosi SIDM subhalo“, - sakė buvęs UCR magistrantas Omidas Sameie, dirbęs su „Yu and Sales“ ir dabar yra doktorantas Teksaso universitete Ostine, dirbantis su skaitmeninėmis simuliacijomis. galaktikos susidarymas. "Buvo manoma, kad Draco stebėjimai neatitinka SIDM prognozių. Tačiau mes nustatėme, kad SIDM subhalas gali sukelti didelį tamsiosios medžiagos tankį, kad paaiškintų Draco."

Pardavimai paaiškino, kad SIDM prognozuoja unikalų reiškinį, pavadintą „šerdies griūtis“. Tam tikromis aplinkybėmis vidinė aureolės dalis žlunga veikiama gravitacijos ir sukuria didelį tankį. Tai prieštarauja įprastam lūkesčiui, kad tamsiosios medžiagos sąveika veda prie mažo tankio aureolės. Pardavimai sakė, kad komandos modeliavimas nustato sąlygas, kada šerdis gali subyrėti.

„Norint paaiškinti didelį„ Draco “tamsiosios medžiagos tankį, jo pradinė aureolės koncentracija turi būti didelė“, - sakė ji. "Vidinėje aureolėje reikia paskirstyti daugiau tamsiosios medžiagos masės. Nors tai pasakytina ir apie CDM, ir apie SIDM, SIDM atveju branduolio žlugimo reiškinys gali pasireikšti tik tuo atveju, jei koncentracija yra didelė, kad žlugimo trukmė būtų mažesnė nei amžiaus. Kita vertus, „Fornax“ turi mažai koncentruotą subhalą, todėl jo tankis išlieka mažas “.

Tyrėjai pabrėžė, kad dabartinis jų darbas daugiausia susijęs su SIDM ir neatlieka kritinio įvertinimo, kaip CDM gali paaiškinti tiek „Draco“, tiek „Fornax“.

Po to, kai komanda naudojo skaitmeninius modeliavimus, kad tinkamai atsižvelgtų į tamsiosios materijos savęs ir potvynių sąveikos dinaminę sąveiką, mokslininkai pastebėjo ryškų rezultatą.

„Priešingai nei įprasta, tikimasi, kad SIDM subhalo centrinė tamsioji materija gali didėti“, - sakė Sameie. "Svarbu tai, kad mūsų modeliavimas nustato šio reiškinio SIDM atsiradimo sąlygas ir mes parodome, kad tai gali paaiškinti Draco pastebėjimus".

Tyrėjų grupė planuoja išplėsti tyrimą ir kitose palydovinėse galaktikose, įskaitant ypač silpnas galaktikas.


Šokiai su milžinais: nykštukinių palydovų galaktikų dinamika

Netoliese esanti Andromedos galaktika su Messier 110 nykštukų galaktikų sistema tiesiai po ja. Kreditas: Leideno universitetas

Paukščių Tako nykštukinės palydovinės galaktikos šoka skirtingus šokius, nei iš pradžių tikėjosi tyrėjai. Marius Cautunas iš Durhamo universiteto gavo Marie Curie stipendiją, kad atskleistų šio orbitinio šokio paslaptis. 2018 m. Spalio 1 d. Jis pradės tyrimus Leideno observatorijoje.

Milžiniškas galaktikas, tokias kaip mūsų pačių Paukščių takas, supa daugybė silpnesnių galaktikų, vadinamųjų nykštukinių galaktikų. Šie nykštukai atlieka sudėtingą orbitinį šokį aplink savo tėvų galaktikas. Šis šokis yra šiek tiek panašus į Jupiterio mėnulių judėjimą aplink savo milžinišką planetą. Teoriniai modeliai numatė, kad šį šokį turėtų sudaryti atsitiktinai orientuotos elipsės orbitos. Tačiau stebėjimai dabar rodo priešingai: dauguma Paukščių Tako palydovų galaktikų skrieja aplink tą pačią plokštumą ir jų orbitos yra daug apskritesnės nei tikėtasi.

„Tai yra pagrindinė problema, į kurią trūksta atsakymo“, - sako Cautunas. "Tai gali reikšti esminį dabartinio kosmologinio modelio suskaidymą. Arba kitaip, kad mūsų pačių galaktika yra labai netipinė: 1 iš 1000 sistemos “. Nykštukų palydovų orbitų tyrimai dar negali būti atliekami kitose milžiniškose galaktikose, tokiose kaip mūsų artima kaimynė Andromedos galaktika. Todėl vienintelė galimybė yra išsamiau išnagrinėti Paukščių Taką.

Cautunas tikisi, kad jo tyrimai suteiks naujų, novatoriškų Paukščių Tako palydovų dinamikos įžvalgų ir atskleis mūsų galaktikos formavimosi istoriją. Pirmiausia Cautunas ištirs reiškinius, sukeliančius netipines palydovų galaktikų orbitas. Palydovinės galaktikos susidaro tam tikru atstumu nuo Paukščių Tako ir paskui patenka į mūsų pačių galaktikos tamsiosios materijos aureolę. "Šis palydovų kaupimasis vyksta palei preferencines kryptis, vadinamąsias kosminio tinklo gijas. Aš ištirsiu, kiek šis procesas sukelia koreliacijas palydovų galaktikų orbituose “, - aiškina Cautunas.

Antra, dabartiniai tyrimai analizavo tik ryškių Paukščių Tako palydovų orbitas. Tačiau silpnesniuose nykštukiniuose palydovuose taip pat turi būti gyvybiškai svarbių užuominų. Aplink mūsų galaktiką yra žinoma daugiau nei 40 tokių pavyzdžių. Naudodamas pažangiausius galaktikų susidarymo modelius, Cautunas atliks išsamias kosmologines simuliacijas, kad numatytų labai silpnų Paukščių Tako palydovų pasiskirstymą. „Toliau palyginsiu šias modelio prognozes su stebėjimais, kad atlikčiau beprecedentį dabartinės kosmologinės paradigmos testą. Tos pačios simuliacijos taip pat būtinos norint išbandyti tamsiosios medžiagos ir galaktikų susidarymo modelių pobūdį. “


Ar palydovinių galaktikų orbitos rodo tamsiosios materijos įtaką? - Astronomija

Aprašomi nuoseklūs mažos masės palydovinių galaktikų be tamsiosios materijos dinaminės evoliucijos modeliai skirtingose ​​orbitose, sąveikaujant su išplėsta Galaktikos tamsiąja aureole. Skaičiavimai vyksta daugelį orbitos periodų, kol gerai ištirps palydovas. Visais atvejais dinaminė evoliucija susilieja su liekana, kurioje yra maždaug 1 procentas pradinės palydovo masės. Stabili liekana atsiranda dėl stipraus potvynio formavimo pradinio palydovo. Stebėtojui iš Žemės šios liekanos atrodo nuostabiai panašios į Galaktikos nykštukų sferoidines palydovines galaktikas. Jų tariamas masės ir šviesos santykis yra labai didelis, nepaisant to, kad juose nėra tamsiosios medžiagos. Šie skaičiavimai rodo, kad likučiai be tamsiosios medžiagos rodo didesnes regėjimo linijos greičio dispersijas σ, kad atsirastų daugiau ekscentriškų orbitų, o tai yra projekcijos į stebėjimo plokštumą rezultatas. Darant prielaidą, kad jose vyrauja ne tamsioji materija, darytina išvada, kad „Galactic dSph“ palydovams, kurių σ & gt 6 km / s, orbitos ekscentriškumas turėtų būti mažesnis kaip 0,5. Kai kurie likučiai turi matymo linijoje substruktūrą, kuri gali būti akivaizdi horizontalios šakos morfologijoje.


Palydovinių galaktikų erdvinio pasiskirstymo tamsiosios medžiagos halose tyrimas naudojant N kūno skaitinį modeliavimą ☆, ☆☆

Mes pritaikėme palydovinių galaktikų erdvinius pasiskirstymus skirtingose ​​tamsiosios medžiagos aureolėse, gautose iš N kūno skaitinės simuliacijos su triašiu elipsoidu, ir tada pritaikėme elipsės ašinį santykį, kad pamatuotume to pasiskirstymo lygumą. Palyginę ašinio santykio pasiskirstymą skirtingomis sąlygomis, išanalizavome skirtingų veiksnių įtaką apskaičiuotam rezultatui, pavyzdžiui, palydovinių galaktikų mėginių skaičiui, mėginių palydovų galaktikų atrankos metodui ir mėginio radialinio pasiskirstymo normalizavimui, tada mes išanalizavome koreliaciją tarp tinkančios elipsoido mažosios ašies ir didelės apimties struktūros, kurioje egzistuoja tamsiosios medžiagos aureolės, orientacijos. Mes nustatėme, kad tai, ar radialinis mėginio pasiskirstymas bus normalizuotas, turės gana didelę įtaką rezultatui ir kad maža aureolės pritvirtinimo elipsoido ašis didelio masto gijų struktūroje labiau linkusi būti statmena kaitinamosios gijos struktūra ir aureolės pritvirtinimo elipsės mažoji ašis didelio masto lakšto struktūroje labiau linkę būti lygiagrečios įprastai lakšto struktūros krypčiai.


„Tamsiosios medžiagos“ teorijos, kurias ginčija palydovo galaktikos atradimas

Plati galaktikų ir žvaigždžių spiečių kolekcija, supanti mūsų pačių Paukščių Taką, meta iššūkį seniai egzistuojančioms tamsiosios materijos, paslaptingos medžiagos, kuri, manoma, persmelkia visatą, egzistavimo teorijoms.

Palydovinių galaktikų ir žvaigždžių spiečių struktūra aplink Paukščių Taką yra tokia didžiulė, kad ji siekia milijoną šviesos metų - 10 kartų platesnė nei pats Paukščių takas, teigia atradimą padarę Vokietijos Bonos universiteto astronomai. .

Mokslininkai teigia, kad egzistuojančios tamsiosios materijos teorijos nepaaiškina šių kosminių objektų išdėstymo.

„Panašu, kad mūsų modelis atmeta tamsiosios materijos buvimą visatoje ir kelia grėsmę pagrindiniam dabartinės kosmologinės teorijos ramsčiui“, - sakė tyrimo grupės narys Pavelas Kroupa, Bonos universiteto astronomijos profesorius. "Mes tai vertiname kaip paradigmos pokyčio pradžią, kuris galų gale mus paskatins naujai suprasti visatą, kurioje gyvename".

Tamsioji materija yra nematoma medžiaga, kuri, manoma, sudaro maždaug 23 procentus visatos. Nors tamsioji materija niekada nebuvo tiesiogiai aptikta, ji daroma išvada remiantis jos gravitaciniu poveikiu.

Astronomai skaičiuoja, kad Paukščių Take yra 300 000 milijonų žvaigždžių, be didelių dujų ir dulkių „ginklų“, kurie pasiekia plokščią diską, besitęsiantį nuo galaktikos centrinės juostos. Pagrindinė Paukščių Tako dalis yra apytiksliai 100 000 šviesmečių, o tai reiškia, kad šviesos spinduliui per ją tekėti prireiks 100 000 metų.

Daugybė mažesnių palydovinių galaktikų ir tvirtų sferinių senovinių žvaigždžių ryšulių, vadinamų rutulinėmis grupėmis, skrieja skirtingais atstumais nuo pagrindinės Paukščių Tako dalies. [Nuostabios mūsų Paukščių Tako galaktikos nuotraukos]

Kosmoso nuotrauka

Naujame tyrime mokslininkai pažymėjo, kad skirtingi objektai yra paskirstyti plokštumoje, statmename Paukščių Tako galaktikos diskui. Masyvi, naujai atrasta konstrukcija tęsiasi nuo net 33 000 šviesmečių nuo Paukščių Tako centro iki 1 milijono šviesmečių nuo centro.

Sujungdami įvairių šaltinių duomenis ir surašydami mūsų galaktikos aplinką, mokslininkai nustatė, kad rajone aplink Paukščių Taką yra ryškios „klasikinės“ palydovinės galaktikos, taip pat silpnesnės galaktikos, kurios buvo aptiktos neseniai, ir rutuliniai spiečiai.

„Kai baigsime analizę, atsirado naujas mūsų kosminės kaimynystės vaizdas“, - tyrimo vedėjas, mokslų daktaras Marcelas Pawlowskis. Bonos universiteto studentas, sakoma pranešime.

Astronomus taip pat nustebino kosminių objektų išdėstymas. „Mus glumino tai, kaip skirtingų tipų objektai pasiskirstė tarpusavyje“, - sakė Kroupa

Skrisdami įvairiems palydovams aplink Paukščių kelią, jie išmeta medžiagą, žvaigždes ir kartais dujas, kurios jų kelyje palieka ilgus srautus, aiškino tyrėjai. Naujo tyrimo rezultatai rodo, kad ši prarasta medžiaga taip pat sutapo su galaktikų ir rutulinių sankaupų plokštuma.

„Tai rodo, kad objektai šiuo metu ne tik yra šioje plokštumoje, bet ir juda joje“, - sakė Pawlowski. "Struktūra yra stabili."

Tyrėjai teigė, kad esamos tamsiosios materijos teorijos negali tinkamai paaiškinti šios galaktikos konfigūracijos.

„Standartinėse teorijose palydovinės galaktikos būtų susiformavusios kaip atskiri objektai, prieš jas užfiksuodamos Paukščių Taku“, - sakė Kroupa. "Kadangi jie būtų atėję iš daugelio krypčių, jiems beveik neįmanoma pasiskirstyti tokioje plonoje plokštumoje".

Senovės galaktikos katastrofos požymiai?

Pawlowskio ir jo kolegų pastebėjimai rodo, kad kitos jėgos sukėlė netikėtą palydovų galaktikų išsidėstymą aplink Paukščių Taką.

„Palydovinės galaktikos ir klasteriai turi susiformuoti kartu viename svarbiame įvykyje - dviejų galaktikų susidūrime“, - sakoma tyrimo grupės nario Jan Pflammo-Altenburgo, mokslų daktaro laipsnio tyrime.

Tokie galaktikų susidūrimai yra gana dažni, ir dėl jų stiprius gravitacinius ir potvynio jėgas išardomi dideli galaktikų gabalai. Pasak mokslininkų, ši smurtinė sąveika kartais suformuoja uodegas, kurios tampa naujų objektų, tokių kaip žvaigždžių spiečių ir nykštukų galaktikų, gimtinė.

„Manome, kad Paukščių kelias tolimoje praeityje susidūrė su kita galaktika“, - sakė Pawlowskis. "Kita galaktika prarado dalį savo medžiagos, medžiagos, kuri tada suformavo mūsų galaktikos palydovines galaktikas ir jaunesnius rutulinius spiečius bei išsipūtimą galaktikos centre. Šiandien matomi palydovai yra šio 11 milijardų metų senumo susidūrimo šiukšlės. "

Tyrimo išvados išsamiai aprašytos žurnale „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“.


Kentauro palydovinės galaktikos Nepaiso tamsiosios materijos modelio

Dauguma mažųjų palydovų galaktikų, skriejančių aplink didelę galaktiką Centaurus A, sukasi ta pačia kryptimi tiksliai apibrėžtoje plokštumoje. Šis suderintas judesys prieštarauja visatos struktūros formavimosi šaltosios tamsiosios materijos (ŠPM) modelio prognozėms. Rezultatą padarė tarptautinė astronomų grupė ir jis atitinka ankstesnius Paukščių Tako ir Andromedos galaktikų stebėjimus. Komanda siūlo, kad šie mįslingi pastebėjimai turėtų paskatinti astrofizikus apsvarstyti CDM alternatyvas. Tačiau kiti astrofizikai yra atsargūs ir įtaria, kad rezultatai galiausiai bus paaiškinti tamsiosios materijos paradigmoje.

Įprasta išmintis sako, kad tamsiosios materijos gijų tinklas persmelkia visatą. Didelės galaktikos formuojasi ir auga, kai išilgai šių gijų yra pritraukiamos kelios nykštukinės galaktikos. Palydovas [galaktikos] pateks į jų priimančių galaktikų potencialą iš skirtingų krypčių “, - # 8221 paaiškina komandos narys Oliveris Mülleris iš Bazelio universiteto Šveicarijoje. Jie turi visas šias skirtingas pradines kryptis, todėl turės visas skirtingas orbitas ir priduria. Stebėjimai vis dėlto rodo, kad dauguma aplink Paukščių Taką esančių palydovų ir netoliese esančios Andromedos galaktikos skrieja viena pakopa. Buvo paaiškinimų, sakančių & # 8216Oh, gerai: mūsų vietinė grupė, kurią sudaro Paukščių takas ir Andromeda, yra tik savotiškas atvejis “, - aiškina Mülleris.

Rich assembly

In the new research, Müller and colleagues in Germany, the US and Australia, looked at satellite galaxies in the Centaurus group. This is a rich assembly of satellite galaxies orbiting the large elliptical galaxy Centaurus A, which is 13 million light-years from Earth – about four times distant as the Andromeda galaxy. Previous research had established that the satellite galaxies lay in a single plane. To measure the motions of the satellites, the team used optical measurements from the Hubble Space Telescope to locate the position of several satellite galaxies in this plane. They then used ground-based radio astronomy measurements of specific atomic transition lines in the galaxies’ emission spectra.

Of the 16 galaxies that the researchers analysed, 14 followed a pattern whereby those on one side of Centaurus A were red shifted relative to Centaurus A, whereas those on the other side were relatively blue shifted. This suggests that the 14 were all rotating in the same direction. If the orbits had been random, the chance that 14 or more would have ended up rotating in the same direction was just 0.42%.

Simulations suggest that the apparently common occurrence of synchronized orbits among the satellite galaxies in galaxy groups could be explained if the host galaxy was formed by the collision and merger between two other galaxies. In this model, the satellite galaxies would not be leftover primordial material from the formation of the host galaxy, but rather debris thrown out by tidal interactions during the merger. Researchers have only recently begun to consider whether such a process could fit within the dark-matter model or whether an entirely new model of cosmological structure would be required, says Müller.

Perpendicular motion

“I think that their findings are interesting and extend some hints of problems that we’re seeing with other results into a new regime,” says astronomer Michael Boylan-Kolchin of the University of Texas at Austin. However, he cautions against assuming that the dark-matter model necessarily predicts the distribution of satellite galaxies would be random: “In [the dark-matter model] the structure around Centaurus A also depends on the details of the structures on much larger scales,” he explains. He suggests a useful follow-up study would be to look for motion perpendicular to the planes to find out whether the planes are stable over time: “It’s very difficult to do,” he says, “but it’s certainly possible for Andromeda with the Hubble Space Telescope”.

“It’s very puzzling, and very interesting – and it may possibly have something to say about the dark sector,” agrees astronomer Rodrigo Ibata of the Observatory of Strasbourg in France. He suggests that astronomers will still want further confirmation in other systems, but that, assuming the results hold up, he suspects a tweak to one of the underlying assumptions about galaxy formation will make the results seem less improbable. “But the whole thing may be much more interesting,” he says. “It may be that there’s something inherent about the way gravity works that we’re missing here, and on galactic scales, there’s some funky stuff that happens.”


6 CONCLUSION

We have discussed several effects that need to be considered when investigating satellite galaxy planes like the DoS. In particular, conclusions need to have a statistical basis, which mandates that the significance of satellite alignments be determined. Observational biases can strongly affect the spatial distribution of satellite galaxies, and must not be ignored in comparisons to models or simulations. Measurement errors such as for proper motions need to be considered, especially since they affect any attempts to determine the dynamical stability of the DoS via orbit integrations. Showing that the most likely proper motions results in a dispersing satellite plane is not sufficient to rule out the hypothesis that the DoS is a long-lived structure, because if it is kinematically coherent, any errors in the simulated orbits are guaranteed to falsely decrease the system's coherence over time. We have also argued that it is helpful to interpret simulation results by comparing them with an alternative model of isotropically distributed satellite velocities.


The Core of the Argument

The authors show that gas clumps formed in dwarf galaxies with unstable gas discs are enough to transform a cuspy dark matter profile into a cored profile long before stars ever form. The authors predict that this mechanism should operate in all dwarf galaxies. Therefore, they argue that any dwarf galaxy today with stars has most likely undergone this transformation, and any dwarf galaxy with stars will likely not have a cuspy dark matter profile. However, the authors acknowledge that their model requires the gas clumps to survive for a few hundred million years. The lifetime of clumps like these is poorly understood. Current research shows that they can last for a few hundred millions of years, but that they may also be destroyed after only a few tens of millions of years. Further research on the lifetime of these clumps will help determine the feasibility of this model. However, this model represents a possible solution to the disagreement between dark matter cosmological simulations and observations of dark matter in our Universe.