Wielki Obłok Magellana przepłynął przez Drogę Mleczną, namieszał w halo, a świat otrzymał mapę, jakiej nie było

Astronomowie korzystający z danych teleskopów NASA i ESA (Europejskiej Agencji Kosmicznej) opublikowali nową mapę najbardziej oddalonego regionu naszej galaktyki. Obszar ten, znany jako galaktyczne halo, znajduje się poza wirującymi spiralnymi ramionami, które tworzą rozpoznawalny dysk Drogi Mlecznej. W tym regionie kosmosu nie widać zbyt wielu gwiazd. Chociaż halo może wydawać się puste, naukowcy podejrzewają, że zawiera ogromne ilości ciemnej materii - tajemniczej i niewidzialnej "substancji", która może stanowić większość masy we wszechświecie.

Nowa mapa Drogi Mlecznej ujawnia, jak galaktyka, zwana Wielkim Obłokiem Magellana (LMC), "przepłynęła" przez obszar Drogi Mlecznej. Za LMC pozostał ślad w postaci pojedynczych gwiazd. Obecnie LMC znajduje się około 160 tysięcy lat świetlnych od Ziemi i około 200-325 tysięcy lat świetlnych od centrum galaktyki.

Wewnętrzne części halo zostały odwzorowane z dużą dokładnością. Jest to jednak pierwsza mapa, która daje także obraz zewnętrznych regionów halo. Już wcześniejsze badania wskazywały na istnienie tego śladu, ale dopiero najnowsza mapa potwierdza jego obecność i oferuje szczegółowe informacje na temat jego kształtu, wielkości i lokalizacji.

To zaburzenie w halo daje astronomom możliwość zbadania czegoś, czego nie mogą obserwować bezpośrednio - ciemnej materii. Ciemna materia nie emituje, nie odbija ani nie pochłania światła, jednak jej wpływ jest obserwowany w całym wszechświecie. Uważa się, że tworzy ona swego rodzaju "rusztowanie", na którym budowane są galaktyki. Bez bez niego istniałoby niebezpieczeństwo, że w czasie obracania się galaktyk doszłoby do ich rozpadu. Szacuje się, że ciemna materia występuje we wszechświecie pięć razy częściej niż materia, która emituje lub oddziałuje ze światłem.

Chociaż istnieje wiele teorii na temat natury ciemnej materii, wszystkie wskazują, że powinna ona być obecna w halo Drogi Mlecznej. Naukowcy twierdzą, że jeśli istotnie się tam znajduje, to gdy LMC żegluje przez ten region, powinien pozostawić w niej ślad. Uznano więc, że ślad, który zaobserwowano na nowej mapie gwiazd, stanowi zarys tego zaburzenia ciemnej materii. Naukowcy porównali pozostałe gwiazdy do liści, które unoszą się na powiechrzni oceanu i zmieniają swoją pozycję w zależności od poruszania się "wody".

Interakcja między ciemną materią a Wielkim Obłokiem Magellana ma duże konsekwencje dla naszej galaktyki. Gdy LMC okrąża Drogę Mleczną, grawitacja ciemnej materii wciąga LMC i spowalnia ją. To sprawia, że orbita galaktyki karłowatej staje się coraz mniejsza. Naukowcy oszacowali, że za około 2 miliardy lat LMC ostatecznie zderzy się z Drogą Mleczną. Tego typu fuzje mogą być kluczowym czynnikiem napędzającym rozwój masywnych galaktyk w całym wszechświecie. Astronomowie są także zdania, do ostatniego podobnego zderzenia z inną małą galaktyką doszło około 10 miliardów lat temu.

- To odbieranie energii mniejszej galaktyce jest nie tylko powodem, dla którego LMC łączy się z Drogą Mleczną, lecz także dla którego wszystkie galaktyki się łączą - powiedział Rohan Naidu, doktorant astronomii na Uniwersytecie Harvarda i współautor nowej pracy. - Zaburzenie widoczne na naszej mapie naprawdę potwierdza, że nasze podstawowe domysły dotyczące łączenia się galaktyk mogą trafiać w sedno - cieszył się.

Autorzy artykułu uważają również, że nowa mapa - wraz z dodatkowymi danymi i analizami teoretycznymi, może stanowić test dla różnych domysłów dotyczących natury ciemnej materii - takich jak to, czy składa się ona z cząstek (jak zwykła materia), a jeśli tak, to jakie są ich właściwości.

- Można to zobrazować wyobrażeniem, że ślad ciągnący się za łodzią będzie inny w zależności od materiału, po jakim łódź się porusza - powiedział Charlie Conroy, profesor Uniwersytetu Harvarda i astronom z Centrum Astrofizyki Harvard & Smithsonian, współautor badania. - W tym przypadku właściwości śladu są określane przez teorię ciemnej materii, którą stosujemy - dodał.

Conroy wraz z zespołem zmapowali pozycje ponad 1,3 tysiąca gwiazd w halo. Największym wyzwaniem było zmierzenie dokładnej odległości od Ziemi do dużej części tych gwiazd.

Po zidentyfikowaniu gwiazd zespół zaczął szukać obiektów należących do klasy gwiazd olbrzymów o specyficznej "sygnaturze" światła, którą miał wykryć teleskop kosmiczny NEOWISE (służący do wykrywania potencjalnego zagrożenia dla naszej planety). Dzięki znajomości właściwości niektórych gwiazd, zespół mógł określić ich odległości od Ziemi i stworzyć nową mapę.

Mapa pokazuje obszar zaczynający się około 200 tysięcy lat świetlnych od centrum Drogi Mlecznej - czyli mniej więcej tam, gdzie według przewidywań miał zacząć rozciągać się ślad LMC. Szerokość zmapowanego obszaru to około 125 tysięcy lat świetlnych.

Do stworzenia mapy naukowców zainspirowali astrofizycy z Uniwersytetu Arizony, którzy tworzyli modele komputerowe przewidujące, jak powinna wyglądać ciemna materia w galaktycznym halo.

Jeden z modeli, uwzględniony w nowych badaniach, dotyczył ogólnej struktury śladu i jego położenia. Gdy dane potwierdziły, że model jest poprawny, zespół mógł zająć się innymi niewiadomymi. Uznano, że LMC znajduje się prawdopodobnie na swojej pierwszej orbicie przebiegającej wokół Drogi Mlecznej. Gdyby obiekt wykonał więcej okrążeń wokół Drogi Mlecznej, kształt i położenie śladu byłyby zupełnie inne niż obecnie. Astronomowie uważają, że LMC powstało w tym samym środowisku, co Droga Mleczna i inna pobliska galaktyka - M31. Twierdzą też, że najprawdopodobniej jest u końca pierwszego obrotu wokół naszej galaktyki. Jak podali, następna orbita LMC będzie znacznie mniejsza ze względu na interakcję z Drogą Mleczną.

Nowa mapa daje astronomom rzadką okazję do zbadania właściwości ciemnej materii, znajdującej się w naszej galaktyce. Teraz zespół z Arizony będzie chciał przeprowadzić symulacje wykorzystujące różne teorie ciemnej materii, aby zobaczyć, która z nich najlepiej pasuje do śladu obserwowanego w gwiazdach.

- To naprawdę szczególne okoliczności, które złożyły się na ten scenariusz. Dzięki nim mamy szansę przetestować nasze teorie dotyczące ciemnej materii. Ale możemy wykonać ten test tylko dzięki połączeniu nowej mapy i symulacji, którą stworzyliśmy - powiedziała Gurtina Besla, współautorka badania i profesor nadzwyczajna na Uniwersytecie Arizony.

Autor: kw/map / Źródło: NASA, sciencedaily.com