Galaktyki spiralne takie jak Droga Mleczna mają zagnieżdżoną strukturę. Cienki i rozległy dysk gwiazdowy (to ten, do którego należy też Słońce) jest otoczony grubszym dyskiem ze starszych gwiazd, który jest zanurzony w znacznie bardziej rozległym halo galaktycznym. U podstaw całej struktury leży halo ciemnej materii, w którym osadzona jest widoczna galaktyka.
Zatem galaktyki spiralne otacza halo ciemnej, niewidzialnej materii, która stanowi 85% masy naszego Wszechświata. Nowe badania pokazują teraz, że kąt nachylenia takich otoczek halo może wpływać na budowę i przestrzenną orientację halo gwiazdowego oraz samego spłaszczonego dysku galaktyki.
Choć wszelkie zjawiska zachodzące w halo ciemnej materii Drogi Mlecznej mogą wydawać się nam dość odległe względem tego, co dzieje się w cienkim dysku gwiazdowym, badania przeprowadzone przez Jiwona Jesse Hana z Centrum Astrofizyki Harvard & Smithsonian i jego współpracowników wykazały wyraźny związek między tymi dwoma aspektami galaktycznej struktury. W swoim najnowszym artykule zespół Hana badał wzajemne dopasowanie dysków gwiazdowych galaktyk i wewnętrznych obszarów ich halo ciemnej materii, a także sprawdził, co może wynikać z rozbieżności pomiędzy nimi.
Przy pomocy znanej symulacji kosmologicznej TNG50 – części pakietu symulacji kosmologicznych IllustrisTNG – zespół wyselekcjonował próbkę syntetycznych, sztucznych galaktyk, pod wieloma względami podobnych do Drogi Mlecznej i naszej sąsiedniej galaktyki Andromedy (M31). Symulowane galaktyki miały masy podobną do obecnej masy Drogi Mlecznej, a także zbliżony kształt dysku. Nie miały też żadnych innych masywnych galaktyk w swoim „pobliżu”, tu zdefiniowanym jako promień 500 kiloparseków, czyli 1,6 miliona lat świetlnych.
Schemat budowy i składu halo Drogi Mlecznej (NASA / ESA / / A. Feild (STScI))
Kąt nachylenia ciemnego halo względem kąta nachylenia halo gwiezdnego wyliczony dla galaktyk podobnych do Drogi Mlecznej w symulacji TNG50. Zmierzone nachylenie halo gwiezdnego Drogi Mlecznej zaznaczono różowym, zacienionym obszarem. Wykres po prawej stronie pokazuje najbardziej prawdopodobny kąt nachylenia ciemnego halo Drogi Mlecznej. (Han et al. / Astrophysical Journal 2023)
Dla wszystkich 198 galaktyk Drogi Mlecznej zespół zmierzył kąt pomiędzy wewnętrznym ciemnym halo (częścią halo znajdującą się w odległości 50 kiloparseków od dysku gwiezdnego), halo gwiazdowym i dyskiem galaktyki. W ciągu 6 miliardów lat, jakie objęła ta symulacja, kąty nachylenia między wewnętrznymi ciemnymi halo i dyskami gwiazdowymi oraz między halo gwiazdowymi i dyskami galaktyk, zmieniały się. Jednak wewnętrzne ciemne halo i halo gwiazdowe wykazywały przy tym podobne zachowanie, przechylając się i odkształcając w tych samych kierunkach.
Gwiezdne halo Drogi Mlecznej jest obecnie nachylone względem jej dysku gwiezdnego pod kątem około 20 do 30 stopni. Biorąc pod uwagę podobne nachylenia ciemnych i gwiazdowych halo w symulacji, oznaczałoby to, że wewnętrzne ciemne halo Drogi Mlecznej jest również nachylone względem dysku pod kątem około 20 stopni. Jaki zatem wpływ ma tak nachylone ciemne halo?
Han i jego zespół przeprowadzili jeszcze głębszą symulację, koncentrując się na zachowaniu pojedynczego cyfrowego analogu Drogi Mlecznej, który doświadczył połączenia z innym obiektem przed 7 miliardami lat. Taka galaktyczna fuzja przechyliła halo z ciemnej materii galaktyki o 50 stopni, a halo gwiezdne podążyło za nim, kierowane grawitacyjnym przyciąganiem tego ciemnego halo. Z biegiem czasu, pod wpływem tarcia, momentu obrotowego i innych czynników, nachylenie ciemnej i gwiezdnej otoczki galaktyki zmniejszyło się do blisko 20 stopni.
Efekty nachylenia halo ciemnej materii były też w tym scenariuszu odczuwalne w cienkim dysku gwiazdowym: kilka miliardów lat po połączeniu w tym płaskim wcześniej dysku pojawiło się w symulacji wypaczenie. Wypaczenie z czasem nieco się zmniejszyło, ale w zmienionej formie utrzymało się aż do "dziś". Wiemy z kolei, że tak jak ta sztuczna, symulowana galaktyka, i Droga Mleczna doświadczyła połączenia miliardy lat temu. Także ona ma obecnie wypaczony dysk. Opierając się na wynikach symulacji, zespół Hana sugeruje zatem, że galaktyczne fuzje zachodzące wraz z przechyleniem halo powodują długotrwałe wypaczenia dysków galaktycznych – które są obecnie obserwowane w ponad połowie wszystkich galaktyk spiralnych.
Czytaj więcej:
- Cały artykuł
- Oryginalna publikacja: Tilted Dark Halos Are Common and Long-Lived, and Can Warp Galactic Disks, Jiwon Jesse Han et al 2023 ApJL 957 L24
- Jak badano strukturę Drogi Mlecznej
- Zniekształcenie dysku Drogi Mlecznej podlega precesji
Źródło: Sky & Telescope
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Ilustracja powyżej: Dysk gwiazdowy Drogi Mlecznej zanurzony w rozciągniętej i przechylonej otoczce halo (Melissa Weiss / Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian / CC-BY NC 4.0)
