Космический телескоп Gaia оценил скорости рекордного числа звезд Млечного Пути, и новые данные оказались крайне неожиданными. Дело не только в том, что масса многократно падала: стало ясно, что структура самой галактики не такая, как считалось ранее.
Впечатление художника от космического телескопа Gaia на фоне диска нашей галактики / © ESA
Около полувека назад астрономы обнаружили, что внешние части галактических дисков за пределами Млечного Пути вращаются гораздо быстрее, чем следовало бы. Допустим, в Солнечной системе близкие к Солнцу планеты вращаются быстро, а более удаленные – медленно, и это представляется логичным следствием ослабления действующей на них гравитационной силы звезды. А вот в других галактиках внешние области вращаются, не замедляясь – как будто их раскручивает огромная, но невидимая масса (темная материя).
Это наблюдение произвело революцию в космологии и, в конечном итоге, в физике (подробно об этом мы писали ранее). Но оценить, как обстоят дела со скоростями вращения в других галактиках, оказалось гораздо проще, чем сделать это «дома».
За крупным объектом, находясь внутри него, наблюдать сложно: например, с нашего места в галактике не только пыль и газ мешают увидеть другие его части, но и центральную часть (очень сложно проверить, что за этим стоит) при непосредственных наблюдениях). Революцию в этом вопросе совершил только космический телескоп «Гайя», запущенный 10 лет назад и работавший в точке Лагранжа, в полутора миллиардах километров от Земли. Он может наблюдать более миллиарда звезд — рекорд в истории астрономии. Однако обработка такого объема данных занимает много времени и очень сложна.
Поэтому только сейчас в журнале Astronomy and Astrophysicals опубликована статья, в которой обобщаются данные Гайи о скоростях вращения звезд в диске Млечного Пути. Он во многом опирается на результаты наблюдений и работы, опубликованные ранее по этой теме. Авторы новой работы составили кривые, показывающие скорости вращения звезд в разных частях нашей галактики. Поскольку эти скорости определяются гравитационной силой, действующей на эти звезды, именно по ним можно определить реальную массу Млечного Пути, которая до тех пор оставалась предметом жарких споров.
Работа преподнесла два больших сюрприза. Во-первых, оказалось, что Млечный Путь не демонстрирует ускоренного вращения краев галактического диска, как почти все хорошо изученные спиральные галактики, кроме нашей. На расстоянии от 63 до 86 тысяч световых лет от центра Млечного Пути скорость вращения звезд вокруг центра Галактики уменьшается в среднем на 30 километров в секунду. Это не так уж и мало: например, Солнце вращается вокруг ядра галактики со скоростью 230 километров в секунду. На самом деле уменьшение скорости вращения звезд в нашей галактике выглядит как «кеплеровское уменьшение», подобное тому, что наблюдается для внешних планет Солнечной системы.
Обратите внимание: Обнаружена самая далекая галактика. Она слишком яркая и учёные не знают почему.
И пока не наблюдается в других галактиках Вселенной, подобных нашей.Это не значит, что у нас нет темной материи: по расчетам авторов новой работы, ее в три раза больше, чем обычной материи. Проблема в том, что для других спиральных галактик это соотношение составляет шесть к одному, то есть в два раза больше.
Кривая изменения средней скорости звезд на диске Млечного Пути по мере удаления от центра. Вначале скорость резко возрастает, но после 15 тысяч парсеков начинает снижаться. Эта закономерность не встречается в других спиральных галактиках подобной яркости / © Париж
Другой большой сюрприз: масса Млечного Пути оказалась примерно в 200 миллиардов раз больше массы Солнца. Это примерно в пять раз меньше общепринятых ранее оценок (триллион солнечных масс) и заметно меньше, чем у других спиральных галактик такого же размера, как наша, наблюдаемых астрономами. Отсюда следует, что оценки масс галактик, являющихся спутниками Млечного Пути (например, Большого Магелланова Облака), должны быть пересмотрены «в сторону уменьшения», причем достаточно резко.
Авторы исследования отметили, что, согласно их результатам, Млечный Путь является исключительно редкой галактикой с чрезвычайно низким содержанием вещества. Причины этого пока не ясны.
Среди возможных объяснений учёные упоминают тот факт, что 8-10 миллиардов лет назад наша галактика практически не переживала крупных слияний и поглощений (то есть не присоединяла другие галактики). В то же время большинство других наблюдаемых спиральных галактик пережили крупные слияния не позднее шести миллиардов лет назад. Возможно, небольшое количество поздних слияний и малое количество темной материи у нас как-то связано с тем, что структура рукавов нашей галактики несколько отличается от большинства наблюдаемых спиралей.
Другое объяснение: Гайя использует разные методы для расчета скоростей галактик. Если в этом что-то не так, то новые результаты по массе и скорости в Млечном Пути тоже неверны. В каком-то смысле этот вариант не менее удивителен, чем первый, поскольку многие выводы астрономов последних лет основаны на точности чисел Геи.
Отдельно отметим, что если числа Гайи все еще верны, то гипотеза модифицированной ньютоновской динамики (МОНД) неверна. Модифицированная ньютоновская динамика — это теория, которая предполагает, что гравитация имеет разную силу на разных расстояниях. То есть это объяснение полностью альтернативно современному физическому мировоззрению, основанному на теории относительности, несовместимому с данным подходом.
МОНД уже много лет пользуется некоторой популярностью, поскольку позволяет нам объяснить слишком быстрое вращение дисков других галактик без необходимости искать темную материю для объяснения такого вращения. Но если в нашей галактике нет быстрого вращения периферийных частей галактического диска, а есть кеплеровское торможение звезд, то МОНД явно ошибается: гравитация не может ослабевать с расстоянием везде, кроме Млечного Пути.
Но другие подходы – в частности, темная материя – получили серьёзное подтверждение в новой работе. Количество темной материи в разных галактиках может различаться в зависимости от множества гипотез о ее природе. Теперь осталось только выяснить, кто из них правильный: тот, который основан на данных гравитационного телескопа LIGO, или кто-то другой.
Источник: https://naked-science.ru/article/astronomy/galaktika-bednoi
Млечный ПутьГалактикаКосмосАстрономияАстрофизикаДлинный пост 23 Поддержка чувствБольше интересных статей здесь: Космос.
Источник статьи: Наша Галактика оказалась экстраординарно бедной.