Поиск темных спутников

И снова, снова возвращаемся к чудесному блогу Этана Зигеля. Жаль, ограниченность моих сил и времени не позволяет представить вам этого стильного, умного и интересного собеседника (астрофизика-теоретика, между прочим!) в полной мере, во всей красе его живого слова.

Учите английский, друзья! Я не ёрничаю, просто считаю, что ради таких блогов иногда стоит учить другой язык :)

Во всяком случае, вот очередной его пост о Темной Материи.

Блог Starts with a Bang

14 января 2011 года

"Впервые в моей работе я вышла за пределы своей шкалы и сделала очень конкретное предсказание, не оставив себе никакого маневра для отступления... Если мы правы, тогда это большой успех и мы сможем эффективно открывать темные галактики просто анализируя искажения газового диска."
 - Суканья Чакрабарти (Sukanya Chakrabarti)

В области поиска Темной Материи есть давно стоящая проблема, которая настолько серьезна, что заставила некоторых исследователей вообще оставить идею существования Темной Материи.

О чем я тут говорю?

(Image credit: The Millenium Simulation.)

Примерно вот так выглядит наша Вселенная в большом масштабе. Огромные волокна материи плетут великую космическую паутину, а их пересечения соответствуют самым плотным, самым богатым скоплениям материи в современной Вселенной - скоплениям и сверхскоплениям галактик.

Наше моделирование и наши наблюдения на этих огромных масштабах достаточно точно совпадают - по крайней мере в рамках погрешности измерений. Но что происходит, когда мы переходим к меньшим масштабам?

В масштабе одной большой галактики - такой, как наша, возможно наши модели предсказывают, что у галактики должно быть большое диффузное гало темной материи с тонким диском из обычных атомов в центре. Что, кстати также совершенно соответствует тому, что мы видим.

Но эти модели также предсказывют большое количество галактических спутников очень малой массы, которых мы в действительности не наблюдаем.

"Подождите минутку," скажете вы. "Как насчет Магеллановых облаков?"

Конечно, у Млечного Пути много спутников - дюжины, которые станут сотнями, если сюда добавить шаровые звездные скопления. Наши модели предсказывают, что мы должны наблюдать множество таких спутников, и это в действительности проблема моделей эволюции структуры. Мы совершенно уверены, что в больших масштабах все работает, но в малых у нас по-прежнему проблемы. Как ее решить?

1. Все наши модели формирования структур неправильны. Темной материи не существует, наши законы гравитации неправильные, а то, что в больших масштабах модели совпадают с реальностью - не более, чем совпадение.

2. Есть проблемы в моделях в малом масштабе. Возможно, Темная Материя участвует в низкоэнергетических взаимодействиях, чего мы еще не понимаем, возможно то, как галактики сливаются и растут, происходит по другому, не так, как показывают наши модели, или мы все время делаем какую-то одну ошибку - снова и снова.

3. Наши модели и симуляции - правильные, проблема в наших наблюдениях. Возможно, эти галактики - спутники все-таки существуют, но они значительно тусклее, чем мы думаем, и мы их еще не нашли просто потому, что не знаем, где искать.

Я все время думал, что скорее всего имеет место пункт 2. Но одна история от ВВС направила меня к статье Суканья Чакрабарти и ее коллег, говорящей об открытиях Темных Галактик по их приливным следам.

Если работает пункт 3 (или он хотя бы частично правильный), есть группа астрономов, которая вытягивает свои шеи в этом направлении. Вот, что они делают.

(Image credit: Tony and Daphne Hallas.)

Вот M51, Водоворот, блестящая спиральная галактика, видимая нам плашмя. Самые догадливые среди вас поймут, что она находится в процессе слияния с меньшей галактикой размером примерно в три раза меньше (и слегка позади нее с нашей точки зрения).

(Далее снимки от S. Chakrabarti и коллег, если не отмечено другое.)

Но если мы только сфокусируемся на горячем водороде, мы увидим, что он вытягивается в длинный хвост, с некоторыми искажениями! Оказывается, как утверждает статья, точно такое явление можно моделировать, что и проделывают авторы.

И на основе своей модели они могут точно сказать, где находится масса меньшей галактики. Но это простой случай - галактика видна и так. Как насчет граничного случая - поиска около Млечного Пути?

(Image Credit: Hubble Space Telescope.)

Скажите Здрасьте галактике NGC 1512, показанной в визуальных и ультрафиолетовых лучах. Со своими пылевыми линиями и горячим газом, это еще один идеальный кандидат для такого анализа. Но в отличие от M51, компаньон галактики NGC 1512 - всего несколько процентов ее массы. И когда мы смотрим на распределение горячего водорода, мы видим примерно те же искажения в хвосте из газа.

И снова, тот самый анализ - путем симуляции - позволяет нам предсказывать, где должна быть галактика- компаньон, и как ее масса должна производить такое распределение вещества. И что мы находим?

Снова в точку! Чакрабарти говорит, что этот метод будет полезным для поиска положения галактик - спутников размером в 0.1% от массы большой спирали, и также потребует некоторого времени телескопа для поиска подобных спутников у Млечного Пути, которые обязательно должны быть.

Эти карликовые галактики действительно должны были бы существовать и быть тусклее, чем мы можем обнаружить без проведения целенаправленного поиска. Конечно, я остаюсь скептиком до тех пор пока галактика не будет найдена точно в том месте, где предсказывает модель. Но это как раз моя любимая наука - используя только законы (теорию) мы делаем конкретные предсказания, которые в случае подтверждения дадут большой скачок в решении этой загадки.

Комментарий доктора Майкла: вот что думаю. В прошлом году была пара статей о том, что в эллиптических галактиках, как оказалось, гораздо (примерно в 3-4 раза) больше звезд, чем считалось ранее. Да, в основном это - красные карлики, но они дают какой-то (иногда достаточно существенный) процент дополнительной массы. Были также сообщения, что некоторые астрономы считают, что мы сильно недооцениваем скрытую массу галактик, и еще очень большое количество массы просто ускользает от нашего внимания. Теперь вот, оказывается, вполне возможно, спутников - то (галактик, приливных хвостов, различной другой материи) у больших галактик гораздо больше, чем мы себе представляли.


Неровен час окажется, что массы самих галактик сильно недооценены.


Так может, Темной Материи и нет вовсе? Может, это всего лишь математическая абстракция? Что думаете?


Да-да, я помню, что примерное соотношение обычной и темной материи где-то около 4 на 96%. Но что если...