Astronomowie zaczynają rozumieć, dlaczego galaktyki karłowate krążące wokół Drogi Mlecznej są ustawione w jednej płaszczyźnie.
W ciągu ostatnich kilku dekad astronomowie odkryli dziesiątki nowych galaktyk karłowatych krążących wokół naszej Galaktyki. Jednak wraz ze wzrostem ich znanej ilości okazywało się też, że dzieje się tam coś nieoczekiwanego. Zamiast rozpraszać się wszędzie wokół Drogi Mlecznej, jej galaktyki satelitarne są przeważnie ustawione wzdłuż cienkiej warstwy – leżą mniej więcej w tej samej płaszczyźnie wokół niej, przy czym większość z nich okrąża Drogę Mleczną w tym samym kierunku.
Takie ustawienie tych drobnych galaktyk bardzo zaskoczyło astronomów. Niektórzy uważali, że ten wynik obserwacyjny jest błędny, jednak nowe obserwacje potwierdziły z czasem, że ich lokalizacja wokół jednej płaszczyzny naprawdę ma miejsce. W międzyczasie inni argumentowali, że istnienie tej płaszczyzny może w ogóle podważyć nasze obecne zrozumienie sposobu, w jaki ciemna materia pomaga w formowaniu się układów (w tym grup) galaktyk.
Bardziej szczegółowe spojrzenie na formowanie się galaktyk i ich karłowatych świt, niedawno opublikowane w czasopiśmie MNRAS, sugeruje, że choć takie zrównanie w jednej płaszczyźnie jest rzadkie, nie jest ono całkowicie nieoczekiwane. Wydaje się zatem, że kluczowa jest tu obecność dużego „satelity”, który niejako dominuje wśród galaktyk satelitarnych galaktyki, niczym przysłowiowa duża ryba w małym stawie.
Studentka Jenna Samuel (University of California, Davis) i jej współpracownicy podeszli do tego problemu na nowo, z wykorzystaniem symulacji komputerowej Feedback in Realistic Environments (FIRE). Podczas gdy wczesne symulacje kosmologiczne obejmowały tylko ciemną materię, która oddziałuje głównie za pośrednictwem grawitacji, a zatem jest łatwiejsza do numerycznego modelowania, kod FIRE obejmuje również jej interakcje z barionami, czyli „normalną” materią – tą, która sprawia, że gwiazdy i galaktyki są dla nas widoczne.
Ta zwyczajna materia wytwarza sprzężenie zwrotne, które może przeciwdziałać grawitacji pochodzącej od samej galaktyki, uwidaczniające się między innymi jako supernowe i dżety czarnych dziur. Uwzględnienie tych efektów w kodzie symulacji sprawia, że wymodelowane nią „sztuczne wszechświaty” są od niedawna trochę bardziej realistyczne. W rezultacie symulacje z udziałem FIRE pomogły już wcześniej rozwiązać kilka innych kontrowersji związanych z paradygmatem ciemnej materii.
Czy zatem cienka, skupiona wokół płaszczyzny warstwa „satelitów” Drogi Mlecznej w ogóle pasuje do tego paradygmatu? To wciąż pozostaje przedmiotem dyskusji. Podobne struktury są niezwykle rzadkie we wszechświatach symulowanych tylko z pomocą ciemnej materii i to do tego stopnia, że samo istnienie warstwy satelitarnej Drogi Mlecznej może podważyć nasze obecne pojęcie ciemnej materii jako takiej.
Samuel postanowiła sprawdzić, czy ta rzadka własność utrzymuje się również w bardziej realistycznych symulacjach FIRE. Wybrała galaktyki podobne do Drogi Mlecznej i zmierzyła rozmieszczenie ich „satelitów”, odkryła ona, że 1 do 2% takich systemów miało własne galaktyki satelitarne skupione wokół nich w cienkich płaszczyznach, podobnie jak i nasza Galaktyka. Innymi słowy, zjawisko to jest rzadkie, ale nie wykracza poza statystyczną sferę możliwości.
Fakt, że w ogóle coś znajdujemy, jest nadal dość zaskakujący – powiedziała Samuel na styczniowym spotkaniu American Astronomical Society. Jeśli symulowany wszechświat może zawierać w sobie cienkie warstwy satelitów, to może mimo wszystko nie ma tam problemu z ciemną materią – także w Kosmosie rzeczywistym.
Większość z tych symulowanych struktur była jednak krótkotrwała i „żyła” nie dłużej niż 500 milionów lat. Z drugiej strony niektórzy uczeni sądzą, że owa warstwa satelitów Drogi Mlecznej może liczyć sobie nawet miliard lat.
Wielki Obłok Magellana (po lewej) i Mały Obłok Magellana (po prawej) to małe systemy satelitarne naszej Drogi Mlecznej, widoczne tylko z półkuli południowej Ziemi. Masa Małego Obłoku Magellana to mniej więcej 10% masy Drogi Mlecznej, co czyni go istnym olbrzymem wśród krasnoludów.
Źródło: Akira Fujii
Grupa satelitów naszej Galaktyki jest również nieco nietypowa: przede wszystkim jest zdominowana przez Wielki Obłok Magellana (LMC), galaktykę karłowatą o masie rzędu 10 miliardów Słońca, czyli około 10% masy Drogi Mlecznej. Samuel uwzględniła ten fakt i powtórzyła swoje symulacje, tym razem zwróciła uwagę tylko na symulowane galaktyki z gigantycznym „karłem” obecnym pośród grupy ich satelitów. Okazało się, że w takich właśnie sytuacjach płaszczyzny galaktyk satelitarnych są znacznie bardziej powszechne i utrzymują się znacznie dłużej, nawet do 3 miliardów lat.
Co więcej, Wielki Obłok Magellana może mieć i własne satelity. We wcześniejszych badaniach zespół Ekta Patel (University of California, Berkeley) odkryli to samo: zrekonstruowali historyczne orbity dla 18 satelitów Drogi Mlecznej. Korzystali przy tym z danych misji Europejskiej Agencji Kosmicznej Gaia. Samuel jednak uważa, że Wielki Obłok Magellana miał również wpływ na orbity swoich galaktyk karłowatych, które już wcześniej zbliżały się do Drogi Mlecznej.
Czytaj więcej:
- Cały artykuł
- Wielki Obłok Magellana (po lewej) i Mały Obłok Magellana (po prawej) to małe systemy satelitarne naszej Drogi Mlecznej, widoczne tylko z półkuli południowej Ziemi. Masa Małego Obłoku Magellana to mniej więcej 10% masy Drogi Mlecznej, co czyni go istnym olbrzymem wśród krasnoludów (Źródło: Akira Fujii)
Źródło: Sky&Telescope
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na zdjęciu: Ta galaktyka o masie Drogi Mlecznej została "wyprodukowana" w wirtualnym Wszechświecie w ramach symulacji FiRE.
Źródło: Latte Project
