Зліва одна з ультрадифузних галактик, проаналізованих під час моделювання. Праворуч зображення галактики DF2, яка майже прозора. Авторство: ESA/Хаббл
Астроном з Каліфорнійського університету в Ріверсайді та його колеги використовують моделювання, щоб показати, як народжуються дуже слабкі карликові галактики.
Як випливає з назви, ультрадифузні галактики, або UDG, є карликовими галактиками, зірки яких розташовані у великій області, що призводить до надзвичайно низької поверхневої яскравості, що робить їх дуже важко виявити. Кілька запитань про UDG залишаються без відповіді: як ці карлики виявилися настільки розширеними? Чи є їхні гало темної матерії — гало невидимої матерії, що оточує галактики — особливими?
Зараз міжнародна команда астрономів, очолювана Лаурою Сейлз, астрономом з Каліфорнійського університету в Ріверсайді, повідомляє в Природа астрономії що він використовував складне моделювання для виявлення кількох «погашених» UDG у середовищах з низькою щільністю у Всесвіті. Потухла галактика - це галактика, яка не утворює зірок.
«Те, що ми виявили, суперечить теоріям формування галактик, оскільки погаслі карлики повинні бути в скупченнях або групових середовищах, щоб видалити газ і припинити утворення зірок», — сказав Сейлз, доцент фізики та астрономії. «Але погашені UDG, які ми виявили, поодинокі. Нам вдалося ідентифікувати кілька з цих погашених UDG в польових умовах і простежити їх еволюцію назад у часі, щоб показати, що вони виникли на орбітах зворотного сплеску».
На зображенні показано падіння блакитної ультрадифузної галактики в систему галактик і її подальше викидання у вигляді червоної ультрадифузної галактики (вже втративши газ). Авторство: Ваніна Родрігес
Тут «у полі» відноситься до галактик, ізольованих у тихішому середовищі, а не в середовищі групи чи скупчення. Сейлз пояснив, що галактика Backsplash — це об’єкт, який сьогодні виглядає як ізольована галактика, але в минулому був супутником більш масивної системи — схожої на комету, яка періодично відвідує наше Сонце, але проводить основну частину своєї подорожі в ізоляції, далеко від більшої частини Сонячної системи.
«Ізолйовані галактики та галактики-супутники мають різні властивості, тому що фізика їхньої еволюції зовсім інша», — сказала вона. «Ці зворотні галактики інтригують, тому що вони мають спільні властивості з популяцією супутників у системі, до якої вони колись належали, але сьогодні вони виявляються ізольованими від системи».
Карликові галактики — це невеликі галактики, які містять від 100 мільйонів до кількох мільярдів зірок. На противагу цьому Чумацький шлях має від 200 до 400 мільярдів зірок. Хоча всі UDG є карликовими галактиками, усі карликові галактики не є UDG. Наприклад, при однаковій яскравості карлики демонструють дуже великий діапазон розмірів, від компактних до дифузних. UDG є хвостовою частиною найбільш протяжних об’єктів при даній яскравості. UDG має зоряний вміст карликової галактики, у 10-100 разів менший за Чумацький Шлях. Але його розмір можна порівняти з Чумацьким Шляхом, що надає йому надзвичайно низьку поверхневу яскравість, що робить його особливим.
Анімація показує обертання навколо однієї зі змодельованих ультрадифузних галактик у TNG50. Червоний колір позначає зірки, а синій/білий кольори показують вміст газу. Авторство: Хосе Бенавідес
Сейлз пояснив, що гало темної матерії карликової галактики має масу принаймні в 10 разів меншу, ніж Чумацький Шлях, і розміри масштабуються аналогічно. Однак UDG порушують це правило і показують радіальне розширення, порівнянне з розширенням набагато більших галактик.
«Одна з популярних теорій, яка пояснює це, полягала в тому, що UDG є «невдалими Чумацькими Шляхами», тобто їм судилося бути галактиками, подібними до нашого Чумацького Шляху, але якимось чином не сформувалися зірки», — сказав Хосе А. Бенавідес, аспірант університету. Інститут теоретичної та експериментальної астрономії в Аргентині та перший автор наукової статті. «Тепер ми знаємо, що цей сценарій не може пояснити всі UDG. Таким чином, виникають теоретичні моделі, де більш ніж один механізм формування може сформувати ці ультрадифузні об’єкти».
За словами Сейлза, цінність нової роботи подвійна. По-перше, використане дослідниками моделювання під назвою TNG50 успішно передбачило UDG з характеристиками, подібними до спостережуваних UDG. По-друге, дослідники знайшли кілька рідкісних погашених UDG, для яких у них немає механізму утворення.
«Використовуючи TNG50 як «машину часу», щоб побачити, як UDG потрапили туди, де вони є, ми виявили, що ці об’єкти були супутниками кілька мільярдів років тому, але їх вигнали на дуже еліптичну орбіту і сьогодні виглядають ізольованими», – сказала вона.
Дослідники також повідомляють, що згідно з їхнім моделюванням, погашені UDG можуть зазвичай становити 25% ультрадифузної популяції галактик. Однак у спостереженнях цей відсоток значно менший.
«Це означає, що багато карликових галактик, які ховаються в темряві, могли залишитися непоміченими для наших телескопів», — сказав Сейлз. «Ми сподіваємося, що наші результати надихнуть на нові стратегії дослідження Всесвіту низької світності, що дозволить провести повний перепис цієї популяції карликових галактик».
Дослідження є першим, яке розрізняє безліч середовищ — від ізольованих карликів до карликів у групах і скупченнях — необхідних для виявлення UDG, і з достатньо високою роздільною здатністю для вивчення їх морфології та структури.
Далі дослідницька група продовжить дослідження UDG у моделях TNG50, щоб краще зрозуміти, чому ці галактики настільки протяжні порівняно з іншими карликовими галактиками з таким самим зоряним вмістом. Дослідники використовуватимуть телескоп Кека на Гаваях, один із найпотужніших телескопів у світі, щоб виміряти вміст темної матерії в UDG у скупченні Діви, найближчому до Землі скупченні галактик.
«Майбутні телескопи, такі як Великий синоптичний оглядовий телескоп або Римський космічний телескоп, з’являться в мережі протягом наступних п’яти-десяти років із можливостями виявлення значної кількості цих інтригуючих UDG», — сказав Сейлз.
Довідка: Хосе А. Бенавідес, Лаура В. Сейлз, Маріо «Спокійні ультрадифузні галактики в полі, що походять із орбіт зворотного сплеску». Г. Абаді, Анналіза Піллепіх, Ділан Нельсон, Федеріко Маріначчі, Майкл Купер, Рюдігер Пакмор, Пол Торрі, Марк Фогельсбергер і Ларс Гернквіст, 6 вересня 2021 р., Природа астрономії.
DOI: 10.1038/s41550-021-01458-1
Дослідження було частково профінансовано премією CAREER Національного наукового фонду та a НАСА Грант програми з теорії астрофізики відділу продажів.
Сейлз і Бенавідес приєдналися до дослідження Маріо. Г. Абаді з Національного університету Кордови в Аргентині; Анналіза Піллепіх з Інституту астрономії Макса Планка в Німеччині; Ділан Нельсон з Інституту теоретичної астрофізики в Німеччині; Федеріко Мариначчі з Болонського університету в Італії; Майкл Купер з UC Irvine; Рюдігер Пакмор з Інституту астрофізики Макса Планка в Німеччині; Пол Торрі з Університет Флориди; Марк Фогельсбергер з Массачусетського технологічного інституту; і Ларс Гернквіст з Гарвардсько-Смітсонівського центру астрофізики в Массачусетсі.
