Космический танец меняет наши познания Вселенной

Современная космология оказалась удивительно точной в предсказании того, как галактики разбросаны по Вселенной. Они не разбросаны случайным образом. Галактики, кажется, живут вместе. Некоторые собраны в кластеры из тысяч отдельных систем, но большинство групп состоят из десятков или сотен скоплений.

Однако новое исследование карликовых галактик, проведённое мной и моими коллегами, опубликованное в журнале Nature, возможно, создаёт серьёзную проблему принятым идеям о том, как на самом деле живёт Вселенная.

После более десяти лет исследований, мы обнаружили, что небольшие галактики, которые сопровождают ближайшую к нам спиральную галактику Андромеду, танцуют вместе с ней в огромной плоскости.

Чтобы понять, почему это так важно, мы должны начать с того, что мы знаем о Вселенной и космосе.

Местные галактики

Млечный Путь находится в «местной группе», небольшом участке Вселенной. Рядом находятся аналогичного размера галактика Андромеды и меньшая по размеру спиральная галактика Треугольника.

Эти большие системы сопровождают почти 100 карликовых галактик (карлики). Те, кто живёт в Южном полушарии, могут ясно видеть две такие карликовые галактики в ночном небе, а именно: Большое и Малое Магеллановы Облака.

Подобные местные группы карликов, как правило, группируются вокруг крупных галактик, что совпадает с нашими представлениями о расширении Вселенной и росте космической структуры. Но именно эти карликовые галактики стали серьёзной головной болью для космологических моделей.

Где все галактики?

Первая проблема, названная «недостающие спутники», известна на протяжении десяти лет. Хотя 100 карликовых галактик в «местной группе» могут показаться впечатляющими, это намного меньше, чем должно быть в теории ― несколько тысяч.

Некоторые считают, что наше население из миниатюрных карликовых галактик наносит сокрушительный удар по преобладающей модели участия в формировании галактик «холодной тёмной материи». То есть, доминирующим компонентом массы Вселенной является невидимая для нас, страшно звучащая тёмная материя, которая создавала звёзды и галактики, видимые нами.

Другие, однако, думают, что нет никакого противоречия, и что звёзды в карликах взорвались на очень ранней стадии формирования Вселенной, превратившись в газ и став сырьём для формирования новых звёзд.

Это аккуратно подводит нас к нашим результатам, изложенным в журнале Nature.

Более 10 лет я участвовал в проекте составления карты огромного звёздного ореола Андромеды.

Это неопределённое распределение звёзд, которое простирается на сотни тысяч световых лет от галактики Андромеды, состоит из остатков карликовых галактик, подобравшихся слишком близко к большей галактике, которая готова их поглотить.

На протяжении многих лет наш проект использовал большие телескопы и чувствительные инструменты, чтобы разметить огромную часть неба, которая охватывает звёздный ореол Андромеды. С 2008 года мы использовали 3,6-метровый канадско-франко-гавайский телескоп для проведения Панандромедного археологического исследования (Pan-Andromeda Archaeological Survey, PAndAS или более мило, ПАНДА).

Теперь, когда данные получены и обработка завершена, ПАНДА даёт научные результаты. Было обнаружено, что карликовые галактики вращаются в плоскости вокруг гигантской Андромеды.

ПАНДА показала почти 30 карликовых галактик, вращающихся вокруг Андромеды, большинство из которых было выявлено только в последние несколько лет. Аспирант Энтони Конн смог точно измерить расстояния до каждого карлика, и в первый раз мы разобрались с трёхмерным распределением карликовых галактик, окружающих Андромеду.

Случайным образом распределены?

Что говорит нам модель строения и эволюции космоса о распределении карликовых галактик вокруг крупных галактик? Хотя мы знаем, что карликов не так много, как должно быть в теории, наши модели говорят, что мы должны увидеть их беспорядочное расположение вокруг большой галактики.

Итак, какими мы видим карликов возле Андромеды? На первый взгляд кажется, что теоретические предсказания подтверждаются, и карлики разбросаны в случайном порядке.

Но мы решили заглянуть немного глубже и посмотреть, есть ли базовая структура в расселении карликов. Вместо того, чтобы рассматривать всё «карликовое население», мы выбрали те, кто был поближе к большим собратьям.

То, что мы обнаружили, нас удивило: 13 карликовых галактик лежали в чрезвычайно тонкой плоскости (45 000 световых лет), учитывая огромные размеры этой группы ― 1,2 миллиона световых лет в диаметре. Такая конфигурация должна появляться крайне редко, если карлики (по теории) распределены случайным образом.

Странно также, что край этой плоскости указывает на Млечный Путь. Плоскость могла быть ориентирована в любом направлении. Тогда что означает это таинственное выравнивание? Численное моделирование формирует нити, содержащие сотни галактик.

Только начало

Но сюрпризы на этом не закончились. Когда карлики были обнаружены впервые, они стали объектом наблюдения крупнейших телескопов мира. С помощью доплеровского сдвига света были измерены скорости отдельных галактик. То, что мы обнаружили, было удивительным.

Карлики к северу от Андромеды двигались к нам, в то время как на юге удалялись от нас. То есть, эта огромная плоскость карликов вращается!

Помните, что ничего подобного нет в прогнозах наших космологических моделей.

Интрига обостряется, когда мы посмотрим на космос поближе. Оказывается Млечный Путь имеет свой собственный диск из карликовых галактик.

Грустно то, что изучение звёздного ореола нашей галактики проводить сложнее, чем той же Андромеды, так как нам нужно иметь изображение всего неба. Но доказательств того, что Млечный Путь и Туманность Андромеды обладают необъяснимыми плоскостями из карликовых галактик, становится всё больше. Что они там делают?

Приливные карлики?

Некоторые полагают, что мы обнаружили не нормальные карликовые галактики, а карликовые «приливные» галактики, небольшие скопления звёзд, образующихся из «мусора», когда крупные галактики пожирают меньших собратьев.

Но такие карлики являются временными и быстро разлетаются, так что такие диски должны быть редким явлением, и тогда нам очень повезло, когда мы увидели их и в Млечном Пути и в Туманности Андромеды одновременно.

Кроме того, если мы действительно видим приливных карликов, то нам не хватает ещё очень многих галактик-спутников, предсказанных нашими теориями о росте структуры Вселенной.

Таким образом, мы сталкиваемся с серьёзной космологической загадкой. Наши нынешние теоретические модели должны объяснить это явление, если мы хотим верить, что они являются точным описанием Вселенной вокруг нас.

Итак, каково же решение? Честно говоря, я не знаю, но будет любопытно пытаться выяснить.

Версия на английском