Fizycy wyjaśniają charakterystyczne właściwości strumienia gwiazd
Cechy ostrogi i szczeliny widoczne w strumieniu gwiazd GD-1 Drogi Mlecznej mogą być spowodowane przez samooddziałujące pod-halo ciemnej materii.
 |
| Trzy strumienie gwiazd wokół Drogi Mlecznej odkryte w 2007 roku. Źródło: NASA |
Fizycy zaproponowali rozwiązanie długotrwałej zagadki związanej ze strumieniem gwiazd GD-1, jednym z najlepiej zbadanych strumieni w galaktycznym halo Drogi Mlecznej, znanym ze swojej długiej, cienkiej struktury oraz niezwykłych ostrogi i szczeliny.
Zespół badawczy, kierowany przez Hai-Bo Yu z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside, zaproponował, że zapadające się jądro samoodziałującej ciemnej materii (SIDM) „pod-halo” – mniejsze, satelitarne halo w obrębie halo galaktycznego – jest odpowiedzialne za szczególne cechy ostrogi i szczeliny obserwowane w strumieniu gwiazd GD-1.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters. Badania mogą mieć znaczący wpływ na zrozumienie właściwości ciemnej materii we Wszechświecie.
Strumień gwiazd to grupa gwiazd poruszających się po wspólnej trajektorii. Luka odnosi się do zlokalizowanego zbyt małego zagęszczenia gwiazd wzdłuż strumienia, podczas gdy ostroga to nadmierne zagęszczenie gwiazd rozciągające się na zewnątrz od głównego korpusu strumienia. Ponieważ ciemna materia reguluje ruch strumieni gwiazd, astronomowie mogą wykorzystać je do śledzenia niewidocznej ciemnej materii w Galaktyce.
Galaktyczne halo Drogi Mlecznej, w przybliżeniu kulisty obszar otaczający Galaktykę, zawiera ciemną materię i rozciąga się poza widoczną krawędź Galaktyki. Wizualizacje znanych strumieni gwiazd w Drodze Mlecznej można znaleźć tutaj.
Astronomowie odkryli, że właściwości ostrogi i luki w strumieniu gwiazd GD-1 nie mogą być łatwo przypisane wpływowi grawitacyjnemu znanych gromad kulistych lub galaktyk satelitarnych Drogi Mlecznej. Cechy te można jednak wyjaśnić za pomocą nieznanego obiektu zaburzającego, takiego jak pod-halo. Gęstość takiego obiektu musiałaby być jednak znacznie wyższa niż przewidywana przez tradycyjne pod-halo zimnej ciemnej materii (CDM).
Pod-halo CDM zazwyczaj brakuje gęstości potrzebnej do wytworzenia charakterystycznych cech obserwowanych w strumieniu GD-1 – wyjaśnił Yu, profesor fizyki i astronomii. Nasze badania pokazują jednak, że zapadające się pod-halo SIDM może osiągnąć niezbędną gęstość. Takie zwarte pod-halo byłoby wystarczająco gęste, aby wywierać wpływ grawitacyjny wymagany do wyjaśnienia obserwowanych perturbacji w strumieniu GD-1.
Uważa się, że ciemna materia, której nie można zobaczyć bezpośrednio, stanowi 85% materii we Wszechświecie. Jej natura nie jest dobrze poznana. CDM, dominująca teoria ciemnej materii, zakłada, że cząstki ciemnej materii są bezkolizyjne. SIDM, teoretyczna forma ciemnej materii, sugeruje, że cząstki ciemnej materii oddziałują na siebie poprzez nową ciemną siłę.
W swoich badaniach Yu i jego zespół wykorzystali symulacje numeryczne, tzw. symulacje N-ciał, do modelowania zachowania zapadającego się pod-halo SIDM.
Odkrycia naszego zespołu oferują nowe wyjaśnienie dla obserwowanych w GD-1 właściwościach ostrogi i szczeliny, które od dawna uważano za wskazujące na bliskie spotkanie z gęstym obiektem – powiedział Yu. W naszym scenariuszu czynnikiem zakłócającym jest pod-halo SIDM, które zakłóca rozkład przestrzenny i prędkości gwiazd w strumieniu i tworzy charakterystyczne cechy, które obserwujemy w strumieniu gwiazd GD-1.
Według Yu, odkrycie to zapewnia również wgląd w naturę samej ciemnej materii.
Ta praca otwiera nową, obiecującą drogę do badania właściwości samoczynnego oddziaływania ciemnej materii poprzez strumienie gwiazd – powiedział. To ekscytujący krok naprzód w naszym rozumieniu ciemnej materii i dynamiki Drogi Mlecznej.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
