Atunci când o galaxie mică se apropie prea mult de Calea Lactee, gravitația din galaxia noastră mai mare o înfige. Gazul și stelele sunt smulse din galaxia trecătoare, în timp ce se îndreaptă spre interiorul doamnei sale, creând fluxuri de material care se întind între perechea galactică. Aceste fluxuri continuă să sfâșie stele până când obiectul infalabil a fost consumat complet. După ce fuziunea s-a încheiat, unele dintre singurele semne rămase ale obiectului devorat sunt fluxurile stelare care se strecoară pe Calea Lactee, un mic eșantion de stele dintr-o galaxie dispărută de mult.
Pe lângă faptul că este un registru al trecutului, unul dintre aceste fluxuri poate oferi primele dovezi directe pentru grupuri de scară mică de materie întunecată - materialul evaziv despre care se crede că reprezintă 85 la sută din toată materia din univers. O analiză recentă a unei urme de stele dezvăluie că a interacționat cu un obiect dens în ultimele câteva sute de milioane de ani. După ce au exclus cei mai probabili suspecți, cercetătorii au stabilit că diferența relativ recent făcută în flux ar fi putut fi cauzată de un mic grup de materii întunecate. Dacă se confirmă, zburdalnele acestui flux stelar ar putea ajuta oamenii de știință să rezolve teoriile concurente despre materia întunecată și poate chiar să se apropie de caracteristicile misteriosului material.
Curentul stelar cunoscut sub denumirea de GD-1 este un flux subțire de material ascuns în haloul galactic, colecția liberă de stele și gaze care înconjoară discul Căii Lactee. Folosind date lansate în aprilie trecută de la telescopul spațial Gaia al Agenției Spațiale Europene, care este în procesul de asamblare a celei mai detaliate hărți a stelelor Calea Lactee făcute vreodată, astronomii au putut folosi date poziționale precise pentru a reconstrui mișcarea stelelor în G.D. -1. Desprins dintr-un nor de material, fluxul este ultima rămășiță a unui obiect care a fost probabil consumat de galaxia noastră în ultimii 300 de milioane de ani - un ochi pe orar astronomic.
Reprezentarea de către artist a observatorului spațial Gaia ESA, un telescop de astrometrie conceput pentru a măsura pozițiile și mișcările stelelor. (ESA / NASA) Gaia a găsit două mici pauze în pârâu, prima observare neechivocă a unor goluri dintr-un curent stelar, precum și o colecție densă de stele numită pinten. Împreună, aceste caracteristici sugerează că un obiect mic, dar masiv, a zguduit materialul fluxului.
„Cred că aceasta este prima dovadă directă dinamică pentru scala mică [structură] a materiei întunecate”, spune Adrian Price-Whelan, astronom la Institutul Flatiron din New York. Lucrând cu Ana Bonaca de la Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Price-Whelan a investigat noile structuri din GD-1 pentru a-și determina sursa și a prezentat rezultatele la începutul acestui an la întâlnirea de iarnă a American Astronomical Society.
**********
La aproximativ 33.000 de ani-lumină (10 kiloparsec), GD-1 este cel mai lung flux stelar din haloul galactic. În timp ce Price-Whelan și colegii săi au putut folosi modele pentru a arăta că unul dintre golurile formate în timpul generarii fluxului, celălalt decalaj a rămas un mister. Cu toate acestea, alături de puzzle, Gaia a dezvăluit și o soluție: impulsul.
Când un obiect călătorește prin trecut sau printr-un flux stelar, acesta perturbă stelele. Price-Whelan compară întreruperea cu un jet puternic de aer care suflă peste un flux de apă. Apa - sau stelele - se plimbă spre exterior pe calea perturbatorului, creând un decalaj. Unii se mișcă atât de repede încât scapă de curent și pleacă zburând în spațiu, pierduți pentru totdeauna. Alții sunt trași înapoi în flux pentru a forma trăsături asemănătoare cu care aruncă astronomii. După câteva sute de milioane de ani, cei mai mulți impulsuri se contopesc în flux și rămâne doar decalajul, deși unele pot avea o durată mai lungă de viață.
Când vine vorba de localizarea structurilor în fluxurile stelare, Price-Whelan numește GD-1 „fluxul Goldilocks”, deoarece este tocmai locul potrivit. GD-1 se află în interiorul stelelor Calea Lactee, dar se deplasează în direcția opusă, făcând mai ușor pentru astronomi să aleagă stelele din fluxul din obiectele din jur. "În orice locație, se mișcă diferit de modul în care se mișcă majoritatea celorlalte stele din acea parte a cerului", spune Price-Whelan.
Cercetătorii au modelat ce tip de obiecte ar putea fi responsabile pentru pintenul relativ nou-născut observat în GD-1. Ei au stabilit că obiectul responsabil trebuie să cântărească cu o masă undeva între 1 milion și 100 de milioane de ori mai mare decât soarele. Întinzând doar aproximativ 65 de ani-lumină (20 buc), obiectul ar fi fost incredibil de dens. Interacțiunea dintre flux și obiectul dens s-ar fi întâmplat în ultimele câteva sute de milioane de ani din viața universului de 13, 8 miliarde de ani.
O diagramă a galaxiei noastre, Calea Lactee. (NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC / Caltech)) Materia întunecată nu este singurul obiect care ar fi putut perturba fluxul stelar. Un grup globular sau o galaxie pitică care se prăbușește în apropiere ar fi putut, de asemenea, să creeze decalajul și impulsul. Price-Whelan și colegii săi și-au îndreptat privirile către toate obiectele cunoscute și și-au calculat orbitele, constatând că niciunul nu s-a apropiat destul de mult de GD-1 în ultimii miliarde de ani pentru a agita lucrurile. O întâlnire întâmplătoare cu o gaură neagră primordială ar fi putut trimite stelele fluxului zburând, dar ar fi fost un eveniment extrem de rar.
Conform simulărilor de materie întunecată care permit structuri mici, scoruri de semințe de materie întunecată sunt împrăștiate prin galaxii precum Calea Lactee. Un flux precum GD-1 este de așteptat să întâlnească cel puțin o astfel de sămânță în ultimii 8 miliarde de ani, ceea ce face ca materia întunecată să fie o problemă mult mai probabilă bazată pe rate de întâlnire decât orice alt obiect.
**********
Materia întunecată constituie cea mai mare parte a masei din univers, dar nu a fost niciodată observată în mod direct. Cele două teorii principale pentru existența sa sunt modelul de materie întunecată caldă și modelul Lambda de materie întunecată rece (ΛCDM), care este modelul preferat de majoritatea oamenilor de știință. Sub ΛCDM, materia întunecată formează aglomerații care pot fi la fel de mari ca o galaxie sau la fel de mici ca o cutie de sodă. Modelele calde de materie întunecată sugerează că materialul are particule mai puțin masive și îi lipsește structurile de dimensiuni de conserve pe care le sugerează modelul ΛCDM. Găsirea de dovezi pentru structuri la scară mică de materie întunecată ar putea ajuta la eliminarea anumitor modele și să înceapă să se restrângă la unele dintre caracteristicile lucrurilor tentante.
„Curentele ar putea fi singura cale pe care am putea să le folosim pentru a studia cel mai mic capăt de masă din ceea ce face materia întunecată”, spune Price-Whelan. "Dacă dorim să putem confirma sau respinge sau exclude diferite teorii ale materiei întunecate, trebuie să știm cu adevărat ce se întâmplă la capătul de jos."
Datele lui Gaia au ajutat la identificarea stelelor pintenului, dar nu sunt suficient de detaliate pentru a compara diferențele de viteză dintre ele și stelele din flux, ceea ce ar putea ajuta la confirmarea faptului că materia întunecată perturba structura. Price-Whelan și colegii săi doresc să folosească Telescopul spațial Hubble al NASA pentru a studia în continuare mișcarea stelelor slabe din GD-1. Deși Gaia a deschis ușa examinării la scară largă a mișcării stelelor pe Calea Lactee, Price-Whelan spune că nu poate concura cu HST atunci când vine vorba de stele foarte slabe. „Puteți găuri mult mai adânc atunci când aveți un telescop dedicat precum Hubble”, spune el.
Diferențele în modul în care se mișcă stelele fluxului și pintenului ar putea ajuta astronomii să determine câtă energie transportă obiectul perturbator, precum și să le permită cercetătorilor să-și calculeze orbita. Aceste informații ar putea fi folosite pentru a urmări aglomerația perturbatoare a materiei întunecate și pentru a studia mediul său imediat.
În plus față de un studiu mai aprofundat al GD-1, astronomii intenționează să aplice aceleași tehnici permise de datele Gaiei pe unele din cele peste 40 de alte fluxuri care înconjoară Calea Lactee. Depistarea pintenilor și a golurilor din alte fluxuri și legarea lor de materie întunecată ar putea îmbunătăți în continuare înțelegerea noastră despre cum interacționează substanța misterioasă cu galaxia vizibilă.
După zeci de ani de încurcătură în misterul materiei întunecate, lacunele și pintenele fluxurilor stelare precum GD-1 pot ajuta în cele din urmă la dezvăluirea secretelor substanței care compune cea mai mare parte a universului. „Acesta este unul dintre cele mai interesante lucruri care au ieșit din Gaia”, spune Price-Whelan.
