Zwyczaje żywieniowe Drogi Mlecznej rzucają światło na ciemną materię

Astronomowie są o krok bliżej odkrycia właściwości otaczającej nas ciemnej materii droga Mleczna Galaktyka, dzięki nowej mapie dwunastu strumieni gwiazd krążących wokół naszej galaktycznej korony.

Zrozumienie tych prądów gwiezdnych jest bardzo ważne dla astronomów. Oprócz ujawnienia ciemnej materii, która utrzymuje gwiazdy na swoich orbitach, opowiadają nam również o historii formowania się Drogi Mlecznej, ujawniając, że Droga Mleczna stale się rozrastała przez miliardy lat, rozrywając i pochłaniając mniejsze systemy gwiezdne.

Film pokazujący położenie poszczególnych gwiazd w 3D w dziesiątkach strumieni obserwowanych przez S5. Kolory poszczególnych punktów w zależności od prędkości gwiazdy 3D. Źródło: Sergey Koposov, współpraca S5

„Widzimy te prądy zakłócone przez grawitację Drogi Mlecznej i ostatecznie stały się częścią Drogi Mlecznej. Badanie to daje nam wgląd w nawyki żywieniowe Drogi Mlecznej, takie jak rodzaje mniejszych systemów gwiezdnych, które „je”, powiedział profesor University of Toronto Ting Lee, główny autor artykułu badawczego: „Gdy nasza galaktyka się starzeje, staje się grubsza”.

Profesor Lee i jej międzynarodowy zespół współpracowników rozpoczęli specjalny program – Southern Stellar Stream (S5) Spectroscopic Survey – aby zmierzyć właściwości strumieni gwiezdnych: rozerwanych pozostałości sąsiednich małych galaktyk i gromad gwiazd rozerwanych przez naszą grupę. Droga Mleczna.

Artystyczne wrażenie dwunastu strumieni gwiezdnych obserwowanych przez S5, widzianych z południowego bieguna galaktyki. Źródło: Geraint F. Lewis, współpraca S5

Lee i jej zespół są pierwszą grupą naukowców, która bada tak bogaty zestaw prądów gwiazdowych i mierzy prędkości gwiazd za pomocą Anglo-Australian Telescope (AAT), 4-metrowego teleskopu optycznego w Australii. Lee i jej zespół wykorzystali przesunięcie światła Dopplera – tę samą właściwość, której używają radary do wyłapywania przekraczających prędkość kierowców – aby wykryć, jak szybko poruszają się poszczególne gwiazdy.

W przeciwieństwie do poprzednich badań, które koncentrowały się na jednym strumieniu na raz, „S5 jest poświęcony mierzeniu jak największej liczby strumieni, co możemy zrobić bardzo wydajnie dzięki wyjątkowym możliwościom AAT” – komentuje współautor, profesor Daniel Zucker z Macquarie University.

Pozycja gwiazd w dziesiątkach tabel na niebie. W tle widać gwiazdy w naszej galaktyce Drogi Mlecznej z misji Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej. AAT to teleskop na półkuli południowej, więc S5 obserwuje strumienie tylko na niebie południowym. Źródło: Ting Li, współpraca S5, ESA

Właściwości prądów gwiazdowych ujawniają obecność niewidzialnej ciemnej materii Drogi Mlecznej. „Pomyśl o choince” – mówi współautor, profesor Geriant F Lewis z University of Sydney. „W ciemną noc widzimy bożonarodzeniowe lampki, ale nie widzimy drzewa, wokół którego są owinięte. Ale kształt lampek ujawnia kształt drzewa”. Tak samo jest z prądami gwiazdowymi – ich orbity ujawniają Ciemna materia.

Oprócz mierzenia ich prędkości, astronomowie mogą wykorzystywać te obserwacje do obliczania składu chemicznego gwiazd i informowania nas, gdzie się one urodziły. Profesor Alex JV mówi: Uniwersytet w Chicago, współautor opracowania. „Te dwa rodzaje strumieni zapewniają odmienny wgląd w naturę ciemnej materii”.

Zakłócenia pływowe dziesięciu gromad kulistych w Drodze Mlecznej przez 8 miliardów lat. Czerwone cząstki pokazują ciemną materię symulującą Drogę Mleczną, podczas gdy zielone cząstki pokazują rozerwane gromady kuliste. Gwiazdy z nieciągłej gromady kulistej tworzą długie strumienie gwiezdne, które podążają za orbitą. Astronomowie wykorzystują te strumienie do pomiaru rozkładu aglomeracji masy i ciemnej materii w Drodze Mlecznej, a także historii akrecji naszej galaktyki. Źródło: Dennis Erkell, współpraca S5

Według profesora Lee te nowe obserwacje są niezbędne do ustalenia, w jaki sposób nasza Galaktyka Drogi Mlecznej powstała z post-pozbawionego cech wszechświata. wielka eksplozja. „Dla mnie to jedno z najciekawszych pytań, pytanie o nasze ostateczne pochodzenie” – powiedział mi. „Dlatego budujemy S5 i budujemy międzynarodową współpracę, aby temu zaradzić”.

Kluczowym elementem sukcesu S5 były informacje zwrotne z europejskiej misji kosmicznej Gaia. „Gaia dostarczyła nam fantastycznych pomiarów pozycji i ruchów gwiazd, które są niezbędne do identyfikacji członków prądów gwiazdowych” – mówi dr Sergei Koposov, czytelnik Astronomii Obserwacyjnej na Uniwersytecie w Edynburgu i jeden z autorów badania.

Dzieje się tak po rozerwaniu pojedynczej masy kulistej w strumieniu pływowym na przestrzeni 8 miliardów lat. Czerwone cząstki pokazują ciemną materię dużej galaktyki, podczas gdy zielone cząstki pokazują unieruchomioną kulistą masę. Gwiazdy w pobliżu przodka tworzą wyraźny kształt „S” ze względu na efekt grawitacyjny gromady kulistej. Źródło: Dennis Erkell, współpraca S5

Zespół Lee planuje wykonać więcej pomiarów prądów gwiazdowych w Drodze Mlecznej. W międzyczasie jest zadowolona z tych wyników jako punktu wyjścia. „W ciągu następnej dekady będzie wiele specjalistycznych badań dotyczących prądów gwiazdowych” – mówi Lee. „Jesteśmy przedsiębiorcami i pionierami dróg w tej podróży. To będzie bardzo ekscytujące!”

Wyniki zostały przyjęte do publikacji w Amerykańskim Towarzystwie Astronomicznym Czasopismo Astrofizyczne.

Odniesienie: „S5: Tropikalna i chemiczna charakterystyka dwunastu prądów gwiazdowych” Ting S. Lee, Alexander BJ, Andrew B. Pace, Dennis Erkal, Sergey E. Koposov, Nora Ship, Gary S. Da Costa, Lara R. Cullinan , Keller Cohn, Geriant F. Lewis, Dougal Mackie, Jeffrey D. Simpson, Daniel B. Zucker, Peter S. Ferguson, Sarah L. Martell, Joss Bland Hawthorne, Eduardo Balbinot, Kian Tavangar, Alex Drilka-Wagner, Jayande MD Silva , Joshua de Simon, Współpraca S5, przyjęta , Czasopismo Astrofizyczne.
arXiv: 2110.06950