Jauni MIT pētījumi atklāj, ka zvaigznes Piena Ceļa malās pārvietojas lēnāk, nekā gaidīts, kas nozīmē, ka galaktikas kodolā var būt mazāk tumšās vielas, tādējādi apšaubot pašreizējās astronomiskās teorijas. Kredīts: SciTechDaily.com
Masačūsetsas Tehnoloģiju institūtsEksterjera izpētes šovs piena ceļš Zvaigznes griežas lēnāk, norādot uz gaišāku kodolu, kas satur mazāk tumšās vielas, kas ir pretrunā ar iepriekšējiem pieņēmumiem.
Reģistrējot zvaigžņu ātrumu visā Piena ceļā, MIT fiziķi atklāja, ka zvaigznes galaktikas diskā pārvietojas lēnāk, nekā gaidīts, salīdzinot ar zvaigznēm, kas atrodas tuvāk galaktikas centram. Rezultāti rada pārsteidzošu iespēju: Piena Ceļa gravitācijas kodols var būt vieglāks un satur mazāk tumšās vielas, nekā tika uzskatīts iepriekš.
Jaunie atklājumi ir balstīti uz komandas analīzi par datiem, kas iegūti ar Gaia un APOGEE instrumentiem. Gaia ir orbītas kosmosa teleskops, kas izseko vairāk nekā miljarda zvaigžņu precīzai pozīcijai, attālumam un kustībai visā Piena ceļā, savukārt APOGEE ir zemes apsekojums. Fiziķi analizēja Gaia mērījumus vairāk nekā 33 000 zvaigžņu, tostarp dažas no galaktikas vistālāk esošajām zvaigznēm, un noteica katras zvaigznes “apļveida ātrumu” jeb to, cik ātri zvaigzne griežas galaktikas diskā, ņemot vērā zvaigznes attālumu no galaktikas centra. galaktika. .
Izpratne par galaktisko rotāciju
Zinātnieki uzzīmēja katras zvaigznes ātrumu pret tās attālumu, lai izveidotu rotācijas līkni, standarta grafiku astronomijā, kas parāda, cik ātri matērija griežas noteiktā attālumā no galaktikas centra. Šīs līknes forma var dot zinātniekiem priekšstatu par to, cik daudz redzamās un tumšās vielas ir izplatītas visā galaktikā.
“Mēs bijām patiešām pārsteigti, ka šī līkne noteiktu attālumu palika līdzena, plakana, plakana, un tad tā sāka samazināties,” saka Lina Naguiba, MIT fizikas docente. “Tas nozīmē, ka ārējās zvaigznes griežas nedaudz lēnāk, nekā gaidīts, kas ir ļoti pārsteidzošs rezultāts.”
Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta fiziķu pētījums liecina, ka Piena Ceļa gravitācijas kodols var būt vieglāks un satur mazāk tumšās vielas, nekā tika uzskatīts iepriekš. Attēla avots: ESA/Gaia/DPAC, rediģējis MIT News
Izaicinošas tumšās vielas teorijas
Komanda pārveidoja jauno rotācijas līkni tumšās vielas sadalījumā, kas varētu izskaidrot eksostaru palēnināšanos, un atklāja, ka iegūtā karte radīja gaišāku galaktikas kodolu, nekā gaidīts. Tas nozīmē, ka Piena Ceļa centrs var būt mazāk blīvs un satur mazāk tumšās vielas, nekā zinātnieki domā.
“Tas padara šo rezultātu saspīlējumu ar citiem mērījumiem,” saka Najeebs. “Kaut kur notiek kaut kas neparasts, un ir patiešām interesanti uzzināt, kur tas atrodas, lai iegūtu saskaņotu priekšstatu par Piena ceļu.”
Komanda savus rezultātus paziņo šomēnes Karaliskās biedrības žurnāla ikmēneša paziņojumi. Pētījuma līdzautori no MIT, tostarp Nassib, ir pirmais autore Xiaowei Ou, Anna-Kristina Ehlers un Anna Friebel.
“nebūtībā”
Tāpat kā vairums Visuma galaktiku, Piena ceļš griežas kā ūdens virpulī, tā rotāciju daļēji virza visa diskā virpuļojošā viela. 20. gadsimta 70. gados astronome Vera Rubina bija pirmā, kas pamanīja, ka galaktikas griežas tādā veidā, ko nevar vadīt tikai redzama viela. Viņa un viņas kolēģi izmērīja zvaigžņu rotācijas ātrumu un atklāja, ka iegūtās rotācijas līknes bija pārsteidzoši plakanas. Tas nozīmē, ka zvaigžņu ātrums palika nemainīgs visā galaktikā, nevis samazinājās līdz ar attālumu. Viņi secināja, ka cita veida neredzamām vielām ir jāietekmē tālu zvaigznes, lai dotu tām papildu stimulu.
Rubina darbs pie rotācijas līknēm bija viens no pirmajiem spēcīgajiem pierādījumiem par tumšās matērijas esamību, kas ir neredzama un nezināma vienība, kas, pēc aplēsēm, atsver visas zvaigznes un citas redzamās vielas Visumā.
Kopš tā laika astronomi ir novērojuši līdzīgas plakanas līknes tālās galaktikās, apstiprinot tumšās matērijas esamību. Tikai nesen astronomi mēģināja uzzīmēt mūsu galaktikas rotācijas līkni ar zvaigznēm.
“Izrādās, ka ir grūti izmērīt rotācijas līkni, kad jūs sēžat galaktikā,” saka Au.
Jauni ieskati no Gaia datiem
2019. gadā Anna Kristīna Ēlersa, MIT fizikas docente, uzzīmēja Piena Ceļa rotācijas līkni, izmantojot iepriekšējo Gaia satelīta datu kopu. Šajā datu izlaidumā tika iekļautas zvaigznes līdz 25 kiloparsekiem jeb aptuveni 81 000 gaismas gadu attālumā no galaktikas centra.
Pamatojoties uz šiem datiem, Ēlers novēroja, ka Piena Ceļa rotācijas līkne šķiet plakana, lai gan ar nelielu kritumu, līdzīgi kā citām tālu galaktikām, un, pēc secinājuma, galaktikas kodolā, iespējams, ir augsts tumšās vielas blīvums. Taču šis viedoklis tagad ir mainījies, jo teleskops ir izlaidis jaunu datu kopumu, kurā šoreiz iekļautas zvaigznes, kas ir tik tālu kā 30 kiloparsekus, aptuveni 100 000 gaismas gadu no galaktikas kodola.
“Šajos attālumos mēs atrodamies galaktikas malā, kur zvaigznes sāk izbalēt,” saka Fripple. “Neviens nav izpētījis, kā matērija pārvietojas šajā ārējā galaktikā, kur mēs burtiski atrodamies nebūtībā.”
Dīvaina spriedze
Frebels, Naguibs, Au un Ēlers sāka izmantot jaunos Gaia datus, cenšoties paplašināt Ehlers sākotnējo rotācijas līkni. Lai uzlabotu savu analīzi, komanda papildināja Gaia datus ar mērījumiem, ko veica APOGEE — Apache Point Observatory's Galaxy Evolution Experiment, kas mēra ļoti detalizētas vairāk nekā 700 000 Piena Ceļa zvaigžņu īpašības, piemēram, to spilgtumu, temperatūru un elementu sastāvu.
“Mēs ievadām visu šo informāciju algoritmā, lai mēģinātu uzzināt savienojumus, kas pēc tam var sniegt mums labākus attāluma aprēķinus līdz zvaigznei,” skaidro Au. “Tā mēs varam virzīties tālāk.”
Komanda noteica precīzus attālumus vairāk nekā 33 000 zvaigžņu un izmantoja šos mērījumus, lai izveidotu 3D zvaigžņu karti, kas izplatās visā Piena ceļā līdz aptuveni 30 kiloparsekiem. Pēc tam viņi apvienoja šo karti apļveida ātruma modelī, simulējot ātrumu, ar kādu jebkurai zvaigznei vajadzētu pārvietoties, ņemot vērā visu pārējo zvaigžņu sadalījumu galaktikā. Pēc tam viņi diagrammā uzzīmēja katras zvaigznes ātrumu un attālumu, lai izveidotu atjauninātu Piena ceļa rotācijas līkni.
“Šeit radās dīvainība,” saka Naguibs.
Tā vietā, lai redzētu nelielu kritumu kā iepriekšējās rotācijas līknes, komanda pamanīja, ka jaunā līkne ārējā galā nokritās spēcīgāk, nekā gaidīts. Šis negaidītais kritums norāda, ka, lai gan zvaigznes var pārvietoties ar tādu pašu ātrumu noteiktā attālumā, tās pēkšņi palēninās tālākos attālumos. Zvaigznes priekšpilsētās, šķiet, pārvietojas lēnāk, nekā gaidīts.
Izpētiet galaktikas noslēpumus
Kad komanda pārveidoja šo rotācijas līkni tumšās vielas daudzumā, kam vajadzētu būt visā galaktikā, viņi atklāja, ka Piena Ceļa kodols var saturēt mazāk tumšās vielas nekā iepriekš lēsts.
“Šis rezultāts ir pretrunā ar citiem mērījumiem,” saka Najeebs. “Šī rezultāta patiesai izpratnei būs nopietnas sekas. Tas var novest pie vairāk slēptu masu ārpus galaktikas diska malas vai mūsu galaktikas līdzsvara stāvokļa pārskatīšanas. Mēs cenšamies rast šīs atbildes turpmākajā darbā, izmantojot augstas izšķirtspējas Piena Ceļam līdzīgu galaktiku simulācijas.
Atsauce: “Piena ceļa tumšās vielas attēls, kas secināts no tā apļveida ātruma līknes”, autori Sjaovei Ou, Anna-Kristīna Ēlers, Lena Naguiba un Anna Frībela, 2024. gada 8. janvāris, Karaliskās astronomijas biedrības ikmēneša paziņojumi.
doi: 10.1093/mnras/stae034
Šo pētījumu daļēji finansēja Nacionālais zinātnes fonds.
