Астрономы объясняют происхождение неуловимых ультрадиффузных галактик

Как же эти карлики оказались такими разросшимися? Являются ли их ореолы из темной материи — ореолы невидимой материи, окружающие галактики, — особенными?

Слева одна из ультрадиффузных галактик, проанализированных в ходе моделирования. Справа почти прозрачное изображение галактики DF2. Предоставлено: ЕКА / Хаббл.

Теперь международная группа астрономов во главе с Лорой Сейлс, астроном из Калифорнийского университета в Риверсайде, сообщает в Природа Астрономия что он использовал сложное моделирование для обнаружения нескольких «закаленных» UDG в средах с низкой плотностью во Вселенной. Погашенная галактика — это галактика, которая не образует звезд.

«То, что мы обнаружили, противоречит теориям формирования галактик, поскольку закаленные карлики должны находиться в скоплениях или групповых средах, чтобы удалить свой газ и прекратить образование звезд», — сказал Сэйлс, доцент физики и астрономии. «Но обнаруженные нами закаленные УДГ изолированы. Мы смогли идентифицировать несколько из этих закаленных UDG в полевых условиях и проследить их эволюцию в обратном времени, чтобы показать, что они возникли на орбитах, оставшихся позади ».

Здесь термин «в поле» относится к галактикам, изолированным в более спокойной среде, а не в группе или скоплении. Сэйлс объяснил, что галактика с задней поверхностью — это объект, который сегодня выглядит как изолированная галактика, но в прошлом был спутником более массивной системы — похожей на комету, которая периодически посещает наше Солнце, но проводит большую часть своего путешествия в изоляции. далеко от большей части Солнечной системы.

«Изолированные галактики и галактики-спутники обладают разными свойствами, потому что физика их эволюции совершенно разная», — сказала она. «Эти блестящие галактики интригуют, потому что они имеют общие свойства с населением спутников в системе, к которой они когда-то принадлежали, но сегодня они наблюдаются изолированными от системы».

Карликовые галактики — это небольшие галактики, содержащие от 100 миллионов до нескольких миллиардов звезд. Напротив, в Млечном Пути от 200 до 400 миллиардов звезд. Хотя все UDG являются карликовыми галактиками, все карликовые галактики не являются UDG. Например, при одинаковой светимости карлики имеют очень большой диапазон размеров — от компактных до рассеянных. UDG — это хвостовая часть большинства протяженных объектов данной яркости.

UDG имеет звездный состав карликовой галактики, в 10-100 раз меньше, чем Млечный Путь. Но его размер сопоставим с Млечным путем, что придает ему чрезвычайно низкую поверхностную яркость, что делает его особенным.

Изображение показывает падение голубой ультрадиффузной галактики в систему галактик и ее последующий выброс в виде красной ультрадиффузной галактики (уже потерявшей свой газ). Предоставлено: Ванина Родригес.

Сэйлс объяснил, что гало темной материи карликовой галактики имеет массу, по крайней мере, в 10 раз меньше, чем Млечный Путь, и его размер аналогичен. Однако UDG нарушают это правило и показывают радиальное расширение, сравнимое с таковым у гораздо более крупных галактик.

«Одна из популярных теорий, объясняющих это, заключалась в том, что UDG — это« неудавшиеся Млечные пути », то есть им суждено было стать галактиками, подобными нашему собственному Млечному Пути, но каким-то образом не удалось образовать звезды», — сказал Хосе А. Бенавидес, аспирант в Институт теоретической и экспериментальной астрономии в Аргентине и первый автор исследовательской работы. «Теперь мы знаем, что этот сценарий не может объяснить все UDG. Таким образом, возникают теоретические модели, в которых более чем один механизм формирования может образовывать эти ультрадиффузные объекты ».

По данным отдела продаж, стоимость новой работы двоякая. Во-первых, использованное исследователями моделирование под названием TNG50 успешно предсказало UDG с характеристиками, аналогичными наблюдаемым UDG. Во-вторых, исследователи обнаружили несколько редких закаленных УДГ, для которых у них нет механизма образования.

«Используя TNG50 в качестве« машины времени », чтобы увидеть, как UDG попали туда, где они находятся, мы обнаружили, что эти объекты были спутниками несколько миллиардов лет назад, но были выброшены на очень эллиптическую орбиту и сегодня выглядят изолированными», — сказала она.

Исследователи также сообщают, что согласно их моделированию, закаленные UDG обычно могут составлять 25% ультрадиффузной популяции галактик. Однако по наблюдениям этот процент намного меньше.

«Это означает, что многие карликовые галактики, скрывающиеся в темноте, могли остаться незамеченными нашими телескопами», — сказал Сэйлс. «Мы надеемся, что наши результаты вдохновят на новые стратегии исследования Вселенной с низкой светимостью, которые позволят провести полную перепись этой популяции карликовых галактик».

Это первое исследование, в котором разрешено множество сред — от изолированных карликов до карликов в группах и скоплениях — необходимых для обнаружения UDG и с достаточно высоким разрешением для изучения их морфологии и структуры.

Затем исследовательская группа продолжит изучение UDG в симуляциях TNG50, чтобы лучше понять, почему эти галактики настолько протяженные по сравнению с другими карликовыми галактиками с таким же звездным составом. Исследователи будут использовать телескоп Кека на Гавайях, один из самых мощных телескопов в мире, для измерения содержания темной материи в UDG в скоплении Девы, ближайшем к Земле скоплении галактик.

«Будущие телескопы, такие как Большой синоптический обзорный телескоп или Римский космический телескоп, появятся в ближайшие пять-десять лет с возможностью обнаружения гораздо большего числа этих интригующих UDG», — сказал Сэйлс.

Исследовательская статья озаглавлена ​​«Покоящиеся ультрадиффузные галактики в поле, возникающем с орбит, лежащих на заднем фоне».