Как превратить две галактики в десять

Заголовок: След галактик, свободных от темной материи от столкновения карликовой пули

Авторы: Питер ван Доккум, Зелле Шейн, Майкл А. Ким, Себастьян Трухильо-Гомез, Шани Даниэле, Друпа Дутта Чоудхури, Роберто Абрахам, Чарли Конрой, GM Дидерик Круесин, Дайсуке Нагаи, Аарон Романовски

Фонд первого автора: Йельский университет, Нью-Хейвен, Коннектикут, США

условие: Опубликовано в Природа [open access]доступно на arXiv

природа темная материя Это одна из самых больших загадок в физике. Все, что мы действительно знаем об этом странном типе материи, это то, что она ни от чего не страдает. силы Кроме гравитации. Это делает их совершенно невидимыми и позволяет им проходить через другую материю, такую ​​как звезды, планеты и нас, почти незамеченными. не смотря на это, Доказательство Из последних нескольких десятилетий мы знаем, что темная материя существует, и что ее много. В шесть раз больше Из всей видимой материи в нашей Вселенной! Кроме того, мы знаем, что большинство крупных астрономических структур, таких как галактики и скопления галактиквстроенный в большую сферическую Ауры темной материи.

Одно из самых поразительных свидетельств темной материи блок пули, как показано на рисунке 1. Это изображение на самом деле является результатом столкновения двух галактик друг с другом, и теперь они находятся рядом. в розовом, Горячие и видимые газы В этих группах, которые тянутся к середине двух групп тянуть сил. Использовать двойная гравитационная линза Чтобы изучить свет, излучаемый галактиками на фоне этого изображения, мы можем сделать вывод о местонахождении вещества в этих скоплениях, которое обозначено голубыми областями. Тот факт, что распределения горячего газа и массы не перекрываются, говорит нам о том, что в то время как обычное вещество в этих скоплениях взбалтывается и притягивается к центру, есть некий дополнительный материал скопления, который беспрепятственно летит — наш старый друг, темная материя!

Фигура 1: Блок растрового изображения, представленный в виде трех отдельных наложенных друг на друга изображений. Галактики двух сталкивающихся групп (плюс фоновые галактики) показаны в оптических (видимых) длинах волн. Две розовые области рядом с центром изображения показывают рентгеновское излучение, испускаемое горячим газом скопления, что указывает на то, что эти два облака столкнулись и втянулись в центральную область. Две круглые области синего цвета показывают, где находится большая часть массы скопления, указывая на то, что большая часть его массы состоит из невидимого материала. Авторы и права: Чандра / Магеллан / НАСА / STScI / ESO.

Этот же процесс может происходить, в принципе, и в меньших масштабах. В сегодняшней статье приводятся доказательства двух карликовые галактики Ранее испытав столкновение, подобное скоплению пули, она продолжает обсуждать, как это может объяснить некоторые из самых странных типов галактик, которые мы наблюдаем в нашей Вселенной.

удар молнии

В этой статье рассматривается NGC1052 галактика КоллекцияИ, в частности, две карликовые галактики в этой группе, называемые ДФ2 И ДФ4. Эти галактики примечательны тем, что они Сверхраспространенные галактики, которая содержит очень мало звезд, но похожа по диаметру на другие галактики, что означает, что она очень тусклая. Многие ультрадиффузные галактики, в том числе DF2 и DF4, также содержат очень мало темной материи, и почему они таким образом отличаются от других галактик, до сих пор неизвестно.

Но, возможно, мы близки к ответу! Авторы предполагают, что столкновение двух галактик, предков DF2 и DF4, произошло около 8 миллиардов лет назад. На рис. 2 показано, как выглядело бы такое столкновение и каков был бы его исход в настоящее время.

Фигура 2: Диаграмма, показывающая столкновение между DF2 и DF4 вблизи галактики NGC1052, которая находится в центре скопления галактик. В этом сценарии галактика (Прародитель 1) столкнулась с членом группы NGC1052 (Прародитель 2) около 8 миллиардов лет назад. Это удалило звезды из гало темной материи прародителей 1 и 2, которые затем стали галактиками DF2 и DF4 соответственно. Части этих галактик были разорваны столкновением, став другими маленькими галактиками между этими двумя галактиками. Адаптировано из рисунка 1 в сегодняшней статье.

Такое столкновение может привести к тому, что положения и скорости DF2 и DF4 будут соответствовать наблюдениям: они разделены расстоянием 2,1 ПДК (около 7 миллионов световых лет) и удаляются друг от друга со скоростью 358 км/с. Кроме того, это столкновение может привести к тому, что ореолы темной материи и звездные компоненты этих галактик разделятся, подобно тому, что произошло в Скоплении Пули, в результате чего останутся две галактики с очень небольшим количеством темной материи: DF2 и DF4. Авторы также предполагают, что части этих галактик будут такими раздетый прочь, в результате чего получается дуга из примерно 10 меньших галактик плюс два»темные галактикиСостоит почти полностью из темной материи!

космический хаос

В подтверждение своих утверждений авторы приводят данные наблюдений за DF2 и DF4, а также площадь расстояния между ними. Изображение этой области показано на рисунке 3, который до странности похож на рисунок 2! Удивительно, но наблюдения полностью соответствуют тому, что было предсказано столкновением двух галактик, похожим на свинец: можно увидеть серию слабых маленьких галактик, лежащих на линии между DF2 и DF4, а также соседнюю галактику-компаньон для каждой из этих галактик. Две, обе из которых, как выяснилось, почти полностью состоят из темной материи.

Рисунок 3: Изображение скопления NGC1052 и ближайших галактик. Центральная галактика NGC1052 отмечена красным точечным кружком, сверхдиффузные галактики DF2 и DF4 отмечены сплошными зелеными кружками, а две галактики, почти полностью состоящие из темной материи (RCP32 и DF7), обозначены синими квадратами. Несколько других слабых галактик обозначены маленькими белыми квадратами вдоль линии между DF2 и DF4, что отражает предсказание на рис. 2. Адаптировано из рис. 3 в сегодняшней статье.

Эта работа представляет историю происхождения галактик в этом регионе Вселенной и объясняет их необычные свойства — в частности, почему некоторые содержат так мало темной материи, а некоторые — больше среднего. Подобные столкновения могут объяснить другие галактики с нетипичным содержанием темной материи. Но самое главное, формирование этих систем будет зависеть от свойств гало темной материи в галактиках. Изучение разорванных галактик, подобных этой, может помочь нам ограничить свойства темной материиНа один шаг ближе к окончательному пониманию этой неуловимой части вселенной.

Под редакцией Astrobit Сары Бодански

Избранное изображение предоставлено: рисунок 2 в сегодняшней статье, Ван Доккум и др., 2022 г.

О Раване Хаджаре

Я аспирант Ноттингемского университета, занимаюсь гидродинамическим моделированием скоплений галактик, чтобы изучить эволюцию падающих галактик. Я также участвую в управлении мобильным планетарием, который мы используем в местных школах. Мои земные увлечения включают скалолазание и посещение музыкальных площадок, где я никогда раньше не был.