Jak powstała galaktyka satelitarna Drogi Mlecznej?
Puchar 2 jest jedną z największych galaktyk satelitarnych Drogi Mlecznej. Jest też niezwykle zimna i posiada wolno poruszające się gwiazdy, ale jak powstała, pozostaje niejasne.
Galaktyki karłowate wokół Drogi Mlecznej. Źródło: ESA/Gaia/DPAC
Galaktyka karłowata Puchar 2 znajduje się około 380 000 lat świetlnych od Ziemi i jest jedną z największych galaktyk satelitarnych Drogi Mlecznej. Niezwykle zimna i z wolno poruszającymi się gwiazdami, Puchar 2 ma niską jasność powierzchniową. Jak powstała ta galaktyka pozostaje niejasne.
Od czasu jej odkrycia w 2016 roku podejmowano wiele prób odtworzenia niezwykłych właściwości Puchar 2, ale okazało się to bardzo trudne – powiedział Hai-Bo Yu, profesor fizyki i astronomii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside, którego zespół oferuje teraz wyjaśnienie pochodzenia galaktyki karłowatej Puchar 2 w artykule opublikowanym w The Astrophysical Journal Letters.
Ciemna materia stanowi około 85% materii we Wszechświecie. Pod wpływem grawitacji ciemna materia może tworzyć sferyczną strukturę zwaną halo ciemnej materii. To niewidzialne halo przenika i otacza galaktyki takie jak Puchar 2. Fakt, że Puchar 2 jest niezwykle zimna, wskazuje, że jej halo ma niską gęstość.
Yu wyjaśnił, że galaktyka karłowata Puchar 2 wyewoluowała w polu pływowym Drogi Mlecznej i doświadczyła oddziaływań pływowych z galaktyką macierzystą, podobnie jak ziemskie oceany doświadczają sił pływowych wywołanych grawitacją Księżyca. Teoretycznie oddziaływania pływowe mogą zmniejszyć gęstość halo ciemnej materii.
Jednak najnowsze pomiary orbity Puchar 2 wokół Drogi Mlecznej sugerują, że siła oddziaływań pływowych jest zbyt słaba, aby obniżyć gęstość ciemnej materii galaktyki satelitarnej, aby była zgodna z jej pomiarami – jeśli ciemna materia składa się z zimnych, bezkolizyjnych cząstek, zgodnie z oczekiwaniami dominującej teorii zimnej ciemnej materii (CDM).
Kolejną zagadką jest to, w jaki sposób Puchar 2 może mieć duże rozmiary, ponieważ oddziaływania pływowe zmniejszają rozmiar, gdy galaktyka satelitarna ewoluuje w polu pływowym Drogi Mlecznej – powiedział Yu.
Yu i jego zespół powołują się na teorię samoistnie oddziałującej ciemnej materii (agn. self-interacting dark matter – SIDM), by wyjaśnić właściwości i pochodzenie galaktyki Puchar 2. Ta teoria zakłada, że cząstki ciemnej materii oddziałują ze sobą za pomocą ciemnej siły, co powoduje częste zderzenia w pobliżu centrum galaktyki. Te zderzenia mogą wyjaśnić różne rozkłady ciemnej materii obserwowane w Pucharze 2.
Nasza praca pokazuje, że SIDM może wyjaśnić niezwykłe właściwości Puchar 2 – powiedział Yu. Kluczowym mechanizmem jest to, że samoistne oddziaływanie ciemnej materii termalizują halo galaktyki satelitarnej Puchar 2 i wytwarzają jądro o płytkiej gęstości, to znaczy gęstość ciemnej materii jest spłaszczona na małych promieniach. W przeciwieństwie do tego, w halo zimnej ciemnej materii gęstość gwałtownie wzrosłaby w kierunku centrum galaktyki.
Według Yu, w SIDM stosunkowo niewielka siła oddziaływań pływowych, zgodna z tym, czego można oczekiwać na podstawie pomiarów orbity Puchar 2, jest wystarczająca do obniżenia gęstości ciemnej materii galaktyki Puchar 2, co jest zgodne z obserwacjami.
Co ważne, rozmiar galaktyki również rozszerzał się w halo SIDM, co wyjaśnia duży rozmiar Puchar 2 – powiedział Yu. Cząsteczki ciemnej materii są po prostu luźniej związane w rdzeniowym halo SIDM niż w „miękkim” halo CDM. Nasza praca pokazuje, że SIDM lepiej niż CDM wyjaśnia, w jaki sposób powstała Puchar 2.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
