Новое исследование выявило истинную форму диффузного облака звезд, окружающего диск нашей галактики. На протяжении десятилетий астрономы считали, что это облако звезд, называемое звездным ореолом, имеет в основном сферическую форму, как пляжный мяч. Теперь новая модель, основанная на современных наблюдениях, показывает, что звездный ореол имеет продолговатую форму и наклонен, как футбольный мяч, по которому только что ударили.

Результаты , опубликованные в этом месяце в The Astronomical Journal, дают представление о множестве астрофизических предметных областей . Результаты, например, проливают свет на историю нашей галактики и галактической эволюции , а также дают ключи к разгадке продолжающейся охоты на таинственную субстанцию, известную как темная материя.

«Форма звездного ореола — очень фундаментальный параметр, который мы только что измерили с большей точностью, чем это было возможно раньше», — говорит ведущий автор исследования Дживон «Джесси» Хан, доктор философии. студентка Центра астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт. «Есть много важных последствий того, что звездный ореол не является сферическим, а имеет форму футбольного мяча, мяча для регби или дирижабля — выбирайте сами!»

«На протяжении десятилетий считалось, что звездное гало более или менее сферическое и изотропное или одинаковое во всех направлениях», — добавляет соавтор исследования Чарли Конрой, советник Хана и профессор астрономии Гарвардского университета. Центр астрофизики. «Теперь мы знаем, что хрестоматийное изображение нашей галактики, заключенной в сферический объем звезд, должно быть выброшено».

Звездное гало Млечного Пути — это видимая часть того, что в более широком смысле называется галактическим гало. В этом галактическом гало преобладает невидимая темная материя , присутствие которой можно измерить только по гравитации, которую она оказывает. В каждой галактике есть свой ореол темной материи. Эти ореолы служат своего рода эшафотом, на котором висит обычная видимая материя. В свою очередь, эта видимая материя образует звезды и другие наблюдаемые галактические структуры. Чтобы лучше понять, как формируются и взаимодействуют галактики , а также лежащую в основе природу темной материи, звездные ореолы являются ценными астрофизическими целями.

«Звездное гало — это динамический индикатор галактического гало, — говорит Хан. «Чтобы узнать больше о галактических ореолах в целом, и особенно о галактическом ореоле и истории нашей собственной галактики, звездный ореол — ​​отличное место для начала».

Однако понимание формы звездного гало Млечного Пути уже давно ставит перед астрофизиками задачу по той простой причине, что мы встроены в него. Звездное гало простирается на несколько сотен тысяч световых лет выше и ниже заполненной звездами плоскости нашей галактики, где находится наша Солнечная система.

«В отличие от внешних галактик, где мы просто смотрим на них и измеряем их ореолы, — говорит Хан, — нам не хватает такой же антенны, за пределами перспективы ореола нашей собственной галактики».

Еще больше усложняет ситуацию то, что звездный ореол оказался весьма рассеянным, содержащим лишь около одного процента массы всех звезд галактики. Тем не менее, со временем астрономам удалось идентифицировать многие тысячи звезд, населяющих это гало, которые отличаются от других звезд Млечного Пути благодаря своему характерному химическому составу (измеряемому путем изучения их звездного света), а также их расстояниям и движению по горизонтали. небо. Благодаря таким исследованиям астрономы поняли, что звезды гало распределены неравномерно. С тех пор цель состояла в том, чтобы изучить закономерности чрезмерной плотности звезд, пространственно проявляющихся в виде сгустков и потоков, чтобы выяснить окончательное происхождение звездного гало.

В новом исследовании, проведенном исследователями CfA и их коллегами, используются два основных набора данных, собранных за последние годы, которые как никогда ранее исследовали звездное гало.

Первый набор получен от Gaia, революционного космического корабля, запущенного Европейским космическим агентством в 2013 году. Gaia продолжает собирать самые точные измерения положений, движений и расстояний миллионов звезд в Млечном Пути, включая некоторые близлежащие звездные гало.

Второй набор данных получен из H3 (Hectochelle in the Halo в высоком разрешении), наземного исследования, проведенного в MMT, расположенном в обсерватории Фреда Лоуренса Уиппла в Аризоне, в сотрудничестве между CfA и Аризонским университетом. H3 собрал подробные наблюдения за десятками тысяч звездных гало, находящихся слишком далеко, чтобы Гайя могла их оценить.

Объединение этих данных в гибкую модель, которая позволила выявить форму звездного гало из всех наблюдений, привело к явно несферическому гало, а форма футбольного мяча хорошо согласуется с другими находками на сегодняшний день. Форма, например, независимо и полностью согласуется с ведущей теорией формирования звездного гало Млечного Пути.

Согласно этой схеме, звездное гало образовалось, когда одинокая карликовая галактика столкнулась 7-10 миллиардов лет назад с нашей гораздо большей галактикой. Покинувшая карликовая галактика забавно известна как Гайя-Колбаса-Энцелад (GSE), где «Гея» относится к вышеупомянутому космическому кораблю, «Колбаса» — к шаблону, появляющемуся при построении данных Гайи, а «Энцелад» — к греческому мифологическому гиганту, который был похоронен под горой — примерно так же, как GSE был похоронен в Млечном Пути. В результате этого галактического столкновения карликовая галактика была разорвана на части, а составляющие ее звезды рассеялись в рассеянное гало. Такая история происхождения объясняет присущую звездам звездного гало непохожесть на звезды, рожденные и выросшие в Млечном Пути.

Результаты исследования показывают, как много тысячелетий назад взаимодействовали GSE и Млечный Путь. Форма футбольного мяча, технически называемая трехосным эллипсоидом, отражает наблюдения двух групп звезд в звездном гало. Скопления якобы образовались, когда GSE прошла две орбиты Млечного Пути. Во время этих орбит GSE дважды замедлился бы в так называемых апоцентрах, или самых дальних точках на орбите карликовой галактики большего гравитационного аттрактора, массивного Млечного Пути; эти паузы привели к дополнительному сбросу звезд GSE. Между тем, наклон звездного гало указывает на то, что GSE столкнулся с Млечным Путем под углом падения, а не прямо.

«Наклон и распределение звезд в звездном гало убедительно подтверждают, что наша галактика столкнулась с другой меньшей галактикой 7–10 миллиардов лет назад», — говорит Конрой.

Примечательно, что с момента столкновения GSE и Млечного Пути прошло так много времени, что можно было ожидать, что звезды звездного гало динамически примут классическую давно предполагаемую сферическую форму. Команда говорит, что тот факт, что они, скорее всего, не говорят о более широком галактическом ореоле. Эта структура, в которой преобладает темная материя, сама по себе, вероятно, наклонена и из-за своей гравитации также удерживает звездное гало в неправильном порядке.

«Наклонный звездный ореол убедительно свидетельствует о том, что основной ореол темной материи также наклонен», — говорит Конрой. «Наклон ореола темной материи может иметь серьезные последствия для нашей способности обнаруживать частицы темной материи в лабораториях на Земле».

Последнее замечание Конроя намекает на многочисленные эксперименты с детекторами темной материи, которые в настоящее время проводятся и планируются. Эти детекторы могут увеличить свои шансы зафиксировать неуловимое взаимодействие с темной материей, если астрофизики смогут определить, где вещество более сильно сконцентрировано, говоря галактическим языком. По мере того, как Земля движется через Млечный Путь, она будет периодически сталкиваться с этими областями плотных и высокоскоростных частиц темной материи, что повышает шансы на обнаружение.

Открытие наиболее правдоподобной конфигурации звездного гало продвинет вперед многие астрофизические исследования, а также прояснит основные детали нашего места во Вселенной.

«Это такие интуитивно интересные вопросы, которые можно задать о нашей галактике: «Как выглядит галактика?» и «Как выглядит звездное гало ?», — говорит Хан. «С помощью этого направления исследований и исследований, в частности, мы, наконец, отвечаем на эти вопросы».