https://frosthead.com

Tähtien virrat, jotka käärmevät galaksin kautta, saattavat auttaa loistamaan valon pimeässä aineessa

Kun pieni galaksi kulkee liian lähellä Linnunrataa, suurempien galaksiemme painovoima rullaa sen sisään. Kaasu ja tähdet repivät ohitsevasta galaksista, kun se putoaa sisäänpäin kohti kuolemaansa, jolloin syntyy materiaalivirroja, jotka ulottuvat galaktisen parin väliin. Nämä virrat repeävät edelleen tähtiä, kunnes laskeva esine on käytetty loppuun. Sulautumisen jälkeen jotkut ainoat jäljellä olevat merkit syödystä esineestä ovat tähtivirrat, jotka kiemurtelevat Linnunradan kautta, pieni näyte tähtiä galaksista, joka on jo kauan poissa.

Sen lisäksi, että yksi näistä virroista on ennätys menneisyydestä, se voi tarjota ensimmäisen suoran todisteen pienimuotoisista tumman aineen klustereista - vaikeasta materiaalista, jonka uskotaan muodostavan 85 prosenttia kaikesta maailmankaikkeuden aineesta. Äskettäinen tähtien jäljen analyysi paljastaa, että se oli vuorovaikutuksessa tiheän esineen kanssa muutaman sadan miljoonan vuoden aikana. Saatuaan pois todennäköisimmät epäillyt tutkijat päättelivät, että suhteellisen äskettäin tehty virta virtaan on voinut johtua pienestä tumman aineen kerääntymisestä. Jos tämä vahvistetaan, tämän tähtivirran pyörre voi auttaa tutkijoita lajittelemaan kilpailevia teorioita tummasta aineesta ja ehkä jopa lähentämään salaperäisen materiaalin ominaisuuksia.

Tähtivirta, joka tunnetaan nimellä GD-1, on ohut materiaalivirta, joka on työnnetty galaktisen halogeenin sisään, Linnutien levyä ympäröivään löysään tähti- ja kaasukokoelmaan. Käyttäen viime huhtikuussa julkaistuja tietoja Euroopan avaruusjärjestön Gaia-avaruusteskoopista, joka on parhaillaan koottamassa Linnunradan tähtien kaikkien aikojen yksityiskohtaisinta karttaa, tähtitieteilijät pystyivät käyttämään tarkkoja sijaintitietoja rekonstruoidakseen tähtiä GD: ssä. -1. Materiaalipilvestä revitty virta on viimeinen jäännös esineestä, jonka galaksiamme todennäköisesti käytti viimeisen 300 miljoonan vuoden aikana - silmälinkki tähtitieteellisissä aikatauluissa.

Gaian avaruusteleskooppi Taiteilijan tekemä ESA: n Gaian avaruus observatorio, astrometrinen kaukoputki, joka on tarkoitettu mittaamaan tähtijen sijainnit ja liikkeet. (ESA / NASA)

Gaia löysi virrasta kaksi pientä taukoa, ensimmäisen yksiselitteisen havainnoinnin tähtivirran aukkoista, samoin kuin tiheän tähtikokoelman, jota kutsuttiin spuriksi. Yhdessä nämä piirteet viittaavat siihen, että pieni, mutta massiivinen esine ravisteli virran materiaalia.

"Mielestäni tämä on ensimmäinen suora dynaaminen näyttö tumman aineen pienimuotoisesta rakenteesta", sanoo New Yorkin Flatiron-instituutin tähtitieteilijä Adrian Price-Whelan. Yhteistyössä Harvard-Smithsonian Astrofysiikan keskuksen Ana Bonacan kanssa Price-Whelan tutki GD-1: n uudet rakenteet niiden lähteen määrittämiseksi ja esitteli tulokset aiemmin tänä vuonna Yhdysvaltain tähtitieteellisen seuran talvikokouksessa.

**********

Noin 33 000 valovuotta (10 kiloparsekkia) GD-1 on pisin tähtivirta galaktisen haloissa. Vaikka Price-Whelan ja hänen kollegansa pystyivät käyttämään malleja osoittaakseen, että yksi virran syntymisen aikana syntyneistä aukoista, toinen aukko pysyi salaisuutena. Palapelien lisäksi Gaia paljasti kuitenkin myös ratkaisun: kannustamisen.

Kun esine kulkee tähtivirran ohi tai läpi, se häiritsee tähtiä. Price-Whelan vertaa häiriötä voimakkaaseen vesisuihkun puhaltavaan vesisuihkuun. Vesi - tai tähdet - nousevat ulospäin häiritsijän polkua pitkin, muodostaen aukon. Jotkut liikkuvat niin nopeasti, että pakenevat virtaan ja lentävät avaruuteen menettäen ikuisesti. Toiset vedetään takaisin virtaan muodostaen pyörremäisiä piirteitä, joita tähtitieteilijät kutsuvat kannuksiksi. Muutaman sadan miljoonan vuoden kuluttua useimmat kannukset sulautuvat takaisin virtaan, ja vain aukko on jäljellä, vaikka jotkutkin voivat olla pidempiä.

Tähtivirtojen rakennepisteiden suhteen Price-Whelan kutsuu GD-1: tä "Goldilocks-virtaksi", koska se on oikeassa paikassa. GD-1 on Linnunradan tähtien sisällä, mutta liikkuu vastakkaiseen suuntaan, jolloin tähtitieteilijöiden on helpompi valita virtauksessa olevat tähdet ympäröivistä esineistä. "Missä tahansa paikassa se liikkuu eri tavalla kuin tapa, jolla suurin osa muista taivaan osan tähdistä liikkuu", Price-Whelan sanoo.

Tutkijat mallitsivat, minkä tyyppiset esineet voivat olla vastuussa suhteellisen vastasyntyneestä kannuksesta, joka löysi GD-1: ssä. He päättivät, että vastuussa olevan esineen on punnittava massalla, joka on välillä 1 - 100 miljoonaa kertaa auringon massa. Venyttämällä vain noin 65 valovuotta (20 kpl), esine olisi ollut uskomattoman tiheä. Vuorovaikutus virran ja tiheän esineen välillä olisi todennäköisesti tapahtunut viimeisen muutaman sadan miljoonan vuoden aikana maailmankaikkeuden 13, 8 miljardin vuoden elinajasta.

Linnunratakaavio Kaavio galaksistamme, Linnunradasta. (NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC / Caltech))

Tumma aine ei ole ainoa esine, joka olisi saattanut häiritä tähtien virran. Lähellä pyörittelevä pallomainen klusteri tai kääpiögalaksi olisi myös voinut luoda aukon ja kannustimen. Price-Whelan ja hänen kollegansa kääntyivät katseensa kohti kaikkia tunnettuja sellaisia ​​esineitä ja laskivat kiertoradansa havaitsemalla, että yksikään ei ollut tarpeeksi lähellä GD-1: tä viimeisen miljardin vuoden aikana järkyttääkseen asioita. Mahdollisuus kohdata mielenkiintoinen musta aukko olisi voinut lähettää virran tähdet lentämään, mutta se olisi ollut erittäin harvinainen tapahtuma.

Pimeiden aineiden simulaatioiden mukaan, jotka sallivat pienten rakenteiden, pisteet tumman aineen siemeniä on hajallaan galaksien läpi, kuten Linnunrata. GD-1: n kaltaisen virran odotetaan kohtaavan ainakin yhden tällaisen siemenen viimeisen 8 miljardin vuoden aikana, mikä tekee tummasta aineesta huomattavasti todennäköisemmän häiriötekijän, joka perustuu kohtaamisnopeuteen kuin mikään muu esine.

**********

Tumma aine muodostaa suurimman osan maailmankaikkeuden massasta, mutta sitä ei ole koskaan havaittu suoraan. Sen olemassaolon kaksi johtavaa teoriaa ovat lämpimän tumman aineen malli ja Lambdan kylmän tumman aineen malli (ΛCDM), joka on useimpien tutkijoiden suosima malli. CDM: n alla tumma aine muodostaa paakkuja, jotka voivat olla niin suuria kuin galaksi tai niin pienet kuin soodapurkki. Lämpimät tumman aineen mallit viittaavat siihen, että materiaalissa on vähemmän massiivisia hiukkasia ja että siinä ei ole tölkkikokoisia rakenteita, joita ΛCDM-malli ehdottaa. Todisteiden löytäminen tumman aineen pienimuotoisista rakenteista voi auttaa poistamaan tietyt mallit ja alkaa kaventua joihinkin houkuttelevien esineiden ominaisuuksiin.

"Streams voi olla ainoa keino, jolla voimme [käyttää] tutkiaksemme tumman aineen alimman massapään", Price-Whelan sanoo. "Jos haluamme pystyä vahvistamaan tai hylkäämään tai sulkemaan pois pimeän aineen eri teoriat, meidän on todella tiedettävä, mitä tapahtuu [matalassa] päässä."

Gaian tiedot auttoivat tunnistamaan kiirtämisen tähtiä, mutta se ei ole riittävän yksityiskohtainen vertailla niiden ja virtauksen tähtien nopeuseroja, mikä voisi auttaa vahvistamaan, että tumma aine häiritsi rakennetta. Price-Whelan ja hänen kollegansa haluavat käyttää NASA: n Hubble-avaruusteleskooppia tutkiaksesi edelleen heikkojen tähtien liikettä GD-1: ssä. Vaikka Gaia on avannut oven laajalle tutustumiseen tähtiä liikkeestä Linnunradan yli, Price-Whelan sanoo, että se ei voi kilpailla HST: n kanssa erittäin heikkojen tähtien suhteen. "Voit porata paljon syvemmälle, kun sinulla on omistettu kaukoputki, kuten Hubble", hän sanoo.

Erot virran ja kiihtyvyyden tähtien liikkumisessa voivat auttaa tähtitieteilijöitä määrittämään, kuinka paljon energiaa häiritsevä esine kantoi, ja antaa tutkijoille mahdollisuuden laskea sen kiertorata. Näitä tietoja voidaan käyttää hajottavan tumman aineen muodostumisen jäljittämiseen ja sen välittömän ympäristön tutkimiseen.

Sen lisäksi, että tutkittiin perusteellisemmin GD-1: tä, tähtitieteilijät suunnittelevat soveltavansa samoja Gaian tietojen mahdollistamia tekniikoita joihinkin yli 40 muusta Linnunradan ympäröivästä virrasta. Spursien ja aukkojen havaitseminen muissa puroissa ja niiden sitominen tummaan aineeseen voisi parantaa ymmärrystämme siitä, kuinka salaperäinen aine on vuorovaikutuksessa näkyvän galaksin kanssa.

Vuosikymmenien ajan hämmentyneen tumman aineen mysteerin suhteen, GD-1: n kaltaisissa tähtivirtauksissa olevat aukot ja kannukset voivat vihdoin auttaa paljastamaan suurimman maailmankaikkeuden muodostavan aineen salaisuudet. "Tämä on yksi mielenkiintoisimmista asioista, jotka ovat ilmestyneet Gaiasta", Price-Whelan sanoo.

Tähtien virrat, jotka käärmevät galaksin kautta, saattavat auttaa loistamaan valon pimeässä aineessa