Звёзды на окраине Млечного Пути движутся медленнее, чем предполагалось ранее. Группа физиков из Массачусетского технологического института (MIT) обнаружила эту особенность, изучая данные, полученные с помощью космического телескопа Gaia и наземного инструмента APOGEE.

В ходе исследования, физики проанализировали информацию о более чем 33000 звёздах Млечного Пути, которые охватывали все отдаленные уголки галактики. Они измерили скорость вращения этих звёзд и заметили, что те звёзды, что находятся на краю галактики, движутся немного медленнее, чем было ожидаемо.

Источник: ESA / Gaia / DPAC / MIT News

Исследователи преобразовали полученные данные в модель распределения тёмной материи, которая неблагоприятна для наблюдения, поскольку она не излучает свет и взаимодействует с видимой материей только через гравитационное взаимодействие. Однако она оказывает влияние на движение звёзд.

Полученные результаты предполагают, что ядро Млечного Пути содержит меньшее количество тёмной материи, чем предполагалось ранее. Это имеет значительные последствия для представлений о распределении тёмной материи, поскольку её наличие считается ключевым фактором, поддерживающим стабильность галактик и объясняющим их наблюдаемые скорости вращения. Если предположение о более лёгком ядре Млечного Пути подтвердится, то это может потребовать пересмотра представлений о галактической динамике.

Наблюдение за скоростью вращения галактик является одним из ключевых аспектов астрономии. В 1970-х годах астроном Вера Рубин заметила, что скорость вращения галактик не может быть объяснена только видимой материей. Круговая скорость звёзд, вращающихся вокруг галактического центра, оставалась постоянной на всей протяжённости галактики, что указывало на наличие дополнительной невидимой материи, которая влияет на их движение.

Работа Веры Рубин стала одним из первых убедительных доказательств существования тёмной материи – компонента, который, как считается, составляет большую часть всего вещества во Вселенной. Затем астрономы обнаружили схожие кривые вращения в удалённых галактиках, подтверждая предположения о тёмной материи. Однако только недавно астрономы стали исследовать и строить кривую вращения в нашей собственной галактике на основе данных о звёздах.

В 2019 году Анна-Кристина Эйлерс, занимающаяся физикой, преподающая в MIT, заинтересовалась изучением кривой вращения Млечного Пути. Она использовала предшествующие данные, собранные и опубликованные телескопом Gaia, который собрал статистическую информацию о звёздах, удалённых от центра галактики до 25 килопарсеков (около 81 000 световых лет).

Галактоцентрическая карта 33335 звёзд, использованная для расчёта круговых скоростей, построенная в интервалах 0,5 кпк. Векторы представляют среднюю скорость звёзд в каждом интервале и имеют цветовую маркировку по количеству звёзд в каждом интервале.
Источник: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024)

Анализируя эти данные, Эйлерс заметила, что кривая вращения Млечного Пути выглядела плоской со слабым спадом на окраинах, что схоже с другими удалёнными галактиками. Это указывало на высокую плотность тёмной материи в ядре галактики. Однако новая порция данных, предоставленная спутником, добавила звёзды, удалённые до 30 килопарсеков, то есть почти 100 000 световых лет от центра галактики.

Научный коллектив под руководством Эйлерс воспользовался новыми данными Gaia и дополнил их измерениями, полученными от APOGEE (Галактическая Обсерватория Апачи Поинт), который анализирует характеристики более 700000 звёзд Млечного Пути, включая яркость, температуру и состав.

С использованием полученных данных команда определила точные расстояния для более чем 33000 звёзд и создала трёхмерную карту размещения этих звёзд в пределах 30 килопарсеков Млечного Пути. Затем они внесли эту карту в модель вращательной скорости, чтобы предсказать скорости движения каждой отдельной звезды, учитывая распределение остальных звёзд в галактике. На основе этого учёные построили обновлённую кривую вращения Млечного Пути, отображая скорость и расстояние каждой звезды на графике.

«Именно здесь мы столкнулись с необычными результатами», — рассказывает участник исследовательской группу Лина Некиб. Вместо ожидаемого небольшого спада на окраине, команда обнаружила более резкое падение. Это указывает на то, что внешние звёзды движутся ещё медленнее, чем предполагалось.

Преобразовав кривую вращения в количество тёмной материи, содержащейся в галактике, исследователи обнаружили, что центр Млечного Пути может содержать меньше тёмной материи, чем было предполагаемым ранее.

«Этот результат противоречит ранее сделанным наблюдениям. Дальнейшее изучение нашего результата имеет важные последствия. Это может указывать на наличие дополнительной скрытой массы вне галактического диска или привести к переосмыслению равновесия в нашей галактике. Мы намерены обратиться к высокоразрешающим симуляциям галактик, схожих с Млечным Путём, чтобы найти ответы на эти вопросы», — говорит Некиб.