Астрономы нашли космическую ловушку для охотников за темной материей
Новое исследование Вашингтонского университета обнаружило проблему, которая может серьезно осложнить поиск темной материи. Оказывается, необычные изгибы, разрывы и другие нарушения в звездных потоках способны появляться без участия темной материи. Их может создавать сама галактика. Результаты опубликованы в Astrophysical Journal.
Ловушка для охотников за темной материей
Звездные потоки представляют собой длинные цепочки звезд, которые окружают галактики. Они возникают, когда гравитация крупной галактики растягивает звездное скопление или небольшую галактику-спутник, постепенно превращая их в вытянутую полосу.
Астрономы давно рассматривают такие потоки как своеобразные космические датчики. Они очень чувствительны к гравитации, поэтому даже небольшое воздействие способно изменить их форму.
Это делает их удобным инструментом для поиска темной материи. Согласно одной из гипотез, невидимые сгустки темной материи могут пролетать рядом со звездным потоком и оставлять после себя разрывы, изгибы или уплотнения. Если обнаружить такую особенность в реальной галактике, ее можно попытаться связать с невидимым объектом.
Но исследование показывает, что подобные «улики» не обязательно связаны с темной материей.
Галактика сама искажает потоки
Ученые смоделировали четыре галактики размером с Млечный Путь и создали в них около 15 000 виртуальных звездных потоков. При этом в моделях не было сгустков темной материи, которые могли бы воздействовать на потоки. Затем исследователи дали своим галактикам развиваться в течение пяти миллиардов лет.
Результат оказался неожиданным. Почти все потоки со временем потеряли первоначальную гладкую форму. На них появились изгибы, изломы, разрывы, ответвления, уплотнения и другие неровности. Некоторые потоки гравитация галактики разрушила полностью.
Причиной стала сама структура галактик. Звезды в их дисках распределены неравномерно, поэтому гравитационное поле тоже неоднородно. Когда поток проходит через области с разной плотностью вещества, его отдельные участки притягиваются с разной силой. В результате тонкая звездная нить деформируется.
«Мы обнаружили, что почти у всех потоков была та или иная структурная вариация. Так что идея о том, что потоки по своей природе тонкие и гладкие, оказалась вовсе не обязательно верной», — говорит ведущий автор исследования Арпит Арора, постдок кафедры астрономии Вашингтонского университета.
Темная материя здесь ни при чем?
Получается своеобразная ловушка. Астроном может увидеть разрыв или изгиб звездного потока и предположить, что его вызвал невидимый сгусток темной материи. Однако похожий след способна оставить обычная структура самой галактики.
«В наших симуляциях сами родительские галактики создавали те же виды неправильностей, что мы наблюдаем в реальных звездных потоках, — говорит Арора. — Теперь, когда мы можем предсказать, что делает с потоками сама галактика, мы можем начать выделять ту часть эффекта, за которую отвечает именно темная материя».
По словам соавтора работы Норы Шипп, темная материя составляет большую часть массы Вселенной и формирует своеобразный каркас для галактик. Поэтому Млечный Путь остается одной из лучших доступных астрономам лабораторий для ее изучения.
Новое исследование не отменяет поиск темной материи с помощью звездных потоков. Напротив, оно показывает, что для такой охоты придется сначала научиться отделять следы обычной галактической гравитации от действительно необычных возмущений.
