_ Stelele călătoresc mai încet la marginea Căii Lactee: nucleul galaxiei poate conține mai puțină materie întunecată decât se estimase anterior

Prin cronometrarea vitezei stelelor din întreaga galaxie a Căii Lactee, fizicienii MIT au descoperit că stelele aflate mai departe de discul galactic călătoresc mai lent decât era de așteptat în comparație cu stelele care sunt mai aproape de centrul galaxiei. Descoperirile ridică o posibilitate surprinzătoare: nucleul gravitațional al Căii Lactee poate fi mai ușor în masă și poate conține mai puțină materie întunecată decât se credea anterior.

Noile rezultate se bazează pe analiza datelor luate de Gaia de către echipa. și instrumente APOGEE. Gaia este un telescop spațial în orbită care urmărește locația precisă, distanța și mișcarea a peste 1 miliard de stele din întreaga galaxia Calea Lactee, în timp ce APOGEE este un sondaj la sol.

Fizicienii au analizat măsurătorile lui Gaia ale peste 33.000 de stele, inclusiv unele dintre cele mai îndepărtate stele din galaxie, și a determinat „viteza circulară” a fiecărei stele sau cât de repede se învârte o stea în discul galactic, având în vedere distanța stelei de centrul galaxiei.

Oamenii de știință au trasat viteza fiecărei stele în funcție de distanța sa pentru a genera o curbă de rotație - un grafic standard în astronomie care reprezintă cât de repede se rotește materia la o anumită distanță de centrul unei galaxii. Forma acestei curbe le poate oferi oamenilor de știință o idee despre cât de multă materie vizibilă și întunecată este distribuită într-o galaxie.

„Ceea ce am fost cu adevărat surprinși să vedem a fost că această curbă a rămas plată, plată, netedă. o anumită distanță, și apoi a început să curgă”, spune Lina Necib, profesor asistent de fizică la MIT. „Aceasta înseamnă că stelele exterioare se rotesc puțin mai lent decât se aștepta, ceea ce este un rezultat foarte surprinzător.”

Echipa a tradus noua curbă de rotație într-o distribuție a materiei întunecate care ar putea explica încetinirea stelelor exterioare. -jos și am descoperit că harta rezultată a produs un nucleu galactic mai ușor decât se aștepta. Adică, centrul Căii Lactee poate fi mai puțin dens, cu mai puțină materie întunecată, decât au crezut oamenii de știință.

„Acest lucru pune acest rezultat în tensiune cu alte măsurători”, spune Necib. „Se întâmplă ceva neplăcut pe undeva și este foarte interesant să ne dai seama unde se află, să avem cu adevărat o imagine coerentă a Căii Lactee.”

Echipa își raportează rezultatele în Notificările lunare ale Societatea Regală Astronomică. Co-autorii studiului MIT, inclusiv Necib, sunt primul autor Xiaowei Ou, Anna-Christina Eilers și Anna Frebel.

„În nimic”

Ca majoritatea galaxiilor din univers , Calea Lactee se învârte ca apa într-un vârtej, iar rotația sa este determinată, parțial, de toată materia care se învârte în discul său. În anii 1970, astronoma Vera Rubin a fost prima care a observat că galaxiile se rotesc în moduri care nu pot fi conduse doar de materia vizibilă.

Ea și colegii ei au măsurat viteza circulară a stelelor și au descoperit că curbele de rotație rezultate erau surprinzător de plate. Adică, viteza stelelor a rămas aceeași în întreaga galaxie, mai degrabă decât să scadă odată cu distanța. Ei au ajuns la concluzia că un alt tip de materie invizibilă trebuie să acționeze asupra stelelor îndepărtate pentru a le oferi un impuls suplimentar.

Lucrarea lui Rubin în curbele de rotație a fost una dintre primele dovezi puternice pentru existența materiei întunecate— o entitate invizibilă, necunoscută, despre care se estimează că depășește toate stelele și alte materii vizibile din univers.

De atunci, astronomii au observat curbe plate similare în galaxiile îndepărtate, susținând și mai mult prezența materiei întunecate. Doar recent astronomii au încercat să traseze curba de rotație în propria noastră galaxie cu stele.

„Se pare că este mai greu să măsori o curbă de rotație atunci când stai în interiorul unei galaxii”, notează Ou.

În 2019, Anna-Christina Eilers, profesor asistent de fizică la MIT, a lucrat la trasarea curbei de rotație a Căii Lactee, folosind un lot de date anterior lansat de satelitul Gaia. Acea informație a inclus stele la o distanță de până la 25 de kiloparsecs, sau aproximativ 81.000 de ani lumină, de centrul galaxiei.

Pe baza acestor date, Eilers a observat că curba de rotație a Căii Lactee părea a fi plată, deși cu declin ușor, similar cu alte galaxii îndepărtate și, prin deducere, probabil că galaxia a avut o densitate mare de materie întunecată în miezul său. Dar această viziune s-a schimbat acum, pe măsură ce telescopul a lansat un nou lot de date, de data aceasta incluzând stele de până la 30 de kiloparsecs — la aproape 100.000 de ani lumină de miezul galaxiei.

„La aceste distanțe, noi” Suntem chiar la marginea galaxiei, unde stelele încep să se stingă”, spune Frebel. „Nimeni nu a explorat modul în care materia se mișcă în această galaxie exterioară, unde ne aflăm cu adevărat în neant.”

Frebel, Necib, Ou și Eilers au sărit pe noile date ale Gaiei, căutând să se extindă asupra lui Eilers. ' curba de rotație inițială. Pentru a-și perfecționa analiza, echipa a completat datele Gaia cu măsurători efectuate de APOGEE – Experimentul de evoluție galactică a Observatorului Apache Point, care măsoară proprietățile extrem de detaliate ale a peste 700.000 de stele din Calea Lactee, cum ar fi luminozitatea, temperatura și compoziția lor elementară.

„Introducem toate aceste informații într-un algoritm pentru a încerca să învățăm conexiuni care ne pot oferi apoi estimări mai bune ale distanței unei stele”, explică Ou. „Așa putem ajunge la distanțe mai mari.”

Echipa a stabilit distanțele precise pentru mai mult de 33.000 de stele și a folosit aceste măsurători pentru a genera o hartă tridimensională a stelelor împrăștiate pe Calea Lactee. la aproximativ 30 de kiloparsecs. Apoi au încorporat această hartă într-un model de viteză circulară, pentru a simula cât de repede trebuie să călătorească o stea, având în vedere distribuția tuturor celorlalte stele din galaxie. Apoi au trasat viteza și distanța fiecărei stele pe o diagramă pentru a produce o curbă de rotație actualizată a Căii Lactee.

„Acolo a apărut ciudățenia”, spune Necib.

În loc de observând o scădere ușoară ca curbele de rotație anterioare, echipa a observat că noua curbă a scăzut mai puternic decât se aștepta la capătul exterior. Această scădere neașteptată sugerează că, în timp ce stelele pot călători la fel de repede la o anumită distanță, ele încetinesc brusc la cele mai îndepărtate distanțe. Stelele de la periferie par să călătorească mai încet decât se aștepta.

Când echipa a transpus această curbă de rotație în cantitatea de materie întunecată care trebuie să existe în întreaga galaxie, au descoperit că nucleul Căii Lactee poate conține mai puțin întuneric. mai mult decât sa estimat anterior.

„Acest rezultat este în tensiune cu alte măsurători”, spune Necib. „Înțelegerea cu adevărat a acestui rezultat va avea repercusiuni profunde. Acest lucru ar putea duce la mai multe mase ascunse chiar dincolo de marginea discului galactic sau la o reconsiderare a stării de echilibru a galaxiei noastre. Căutăm să găsim aceste răspunsuri în lucrările viitoare, folosind simulări de rezoluție ale galaxiilor asemănătoare Calei Lactee.”

Această poveste este republicată datorită MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site popular care acoperă știri despre cercetarea, inovarea și predarea MIT.

(Fluierul)