Темна матерія оточує нашу галактику у вигляді плаского листа

Протягом п’яти десятиліть астрономи не могли зрозуміти, чому більшість великих галактик поблизу нас рухається від Чумацького Шляху, а не притягується до нього гравітацією. У новому дослідженні, опублікованому в журналі Nature Astronomy, науковці з Гронінгенського університету оприлюднили відповідь: наша галактика занурена у велетенський плаский “лист” матерії, що простягається на десятки мільйонів світлових років у просторі. Відкриття, засноване на передових комп’ютерних симуляціях, нарешті дає логічне пояснення одній із найдовших загадок сучасної космології.

Що відомо коротко

• Міжнародна команда астрономів під керівництвом Еуда Вемпе з Інституту Каптейна у Гронінгені виявила, що матерія навколо Місцевої групи галактик утворює широку плоску структуру.
• Ця структура містить як звичайну, так і темну матерію — невидиму субстанцію, що становить більшу частину маси Всесвіту.
• Над і під цим “листом” розташовані гігантські порожні простори — так звані космічні войди.
• Симуляції точно відтворили положення та швидкості 31 галактики поза Місцевою групою.
• Дослідження є першою детальною спробою визначити розподіл темної матерії навколо Чумацького Шляху та галактики Андромеди.

Що це за явище

Місцева група — це сімейство галактик, до якого входять Чумацький Шлях, Андромеда та кілька десятків дрібніших супутників. За законами гравітації, ця масивна група мала б притягувати до себе сусідні галактики — або принаймні суттєво сповільнювати їхнє віддалення. Однак реальні спостереження показують протилежне: майже всі великі галактики по сусідству продовжують розліт.

Уявіть острів посеред океану: якщо острів великий, він має притягувати до себе плаваючі предмети. Але якщо навколо нього простягається широка підводна рівнина з таким самим тиском, що й на самому острові, предмети просто пливуть далі. Саме це й відбувається з нашою галактикою — лише у космічних масштабах.

Деталі відкриття

Команда під керівництвом Вемпе побудувала так зване “віртуальне двійника” нашого космічного оточення. Вчені використали виміри реліктового випромінювання — відлуння Великого вибуху — щоб відновити початкові умови раннього Всесвіту. Потужний комп’ютер розвинув ці умови у часі, відтворюючи еволюцію матерії аж до сучасного стану.

Результат вражає: симуляція точно відтворила маси, положення та швидкості Чумацького Шляху й Андромеди, а також траєкторії 31 галактики поза Місцевою групою. Плаский “лист” матерії простягається на десятки мільйонів світлових років. По обидва боки від нього — майже порожні войди, де галактик практично немає. Саме ця асиметрія і зумовлює дивну картину руху: усі сусіди тікають від нас, а не наближаються.

Що показали нові спостереження

Ключовий механізм виявився простим і водночас неочевидним. Додаткова маса, розподілена вздовж плоского листа, компенсує гравітаційне притягання Місцевої групи. Галактики в площині листа відчувають тягу не лише від нас, а й від решти матерії по боках — і в підсумку продовжують рухатися від нас так само, як рухається весь Всесвіт, що розширюється.

Водночас вчені помітили: по осях, перпендикулярних до площини листа, де розташовані войди, галактик майже немає. Це пояснює, чому ми не спостерігаємо об’єктів, що “падають” на нас з цих напрямків. Як зазначила астроном Аміна Хельмі з Гронінгенського університету, «спираючись лише на рухи галактик, ми змогли визначити розподіл маси, що відповідає розташуванню галактик всередині та поза Місцевою групою».

Ці результати добре узгоджуються з даними місії Planck Європейського космічного агентства щодо структури раннього Всесвіту, що підтверджує надійність підходу.

Чому це важливо для науки

Відкриття має кілька важливих наслідків. По-перше, воно вперше дає деталізовану карту розподілу темної матерії в безпосередньому космічному оточенні Землі. Темну матерію неможливо побачити напряму — її присутність виявляють лише через гравітаційний вплив на видиму речовину. По-друге, симуляція показала: стандартна космологічна модель здатна узгоджено описувати як глобальну структуру Всесвіту, так і конкретну локальну динаміку — що далеко не очевидно. По-третє, підхід “віртуального двійника” стає потужним інструментом для вивчення інших космічних регіонів.

Ведучий автор Еуд Вемпе підсумував значення роботи: «Ми вивчаємо всі можливі локальні конфігурації раннього Всесвіту, які могли привести до появи Місцевої групи. Чудово, що маємо модель, яка одночасно відповідає і сучасній космологічній моделі, і динаміці нашого локального оточення».

Цікаві факти

• Галактика Андромеда є унікальним винятком серед сусідів: вона рухається назустріч Чумацькому Шляху зі швидкістю близько 100 км/с і зіткнеться з нами приблизно через 4–5 мільярдів років, утворивши нову еліптичну галактику.
• Темна матерія складає близько 27% всієї енергії-маси Всесвіту, тоді як звичайна видима матерія — лише близько 5%. Решту займає темна енергія.
• Розміри плаского “листа”, виявленого дослідниками, становлять десятки мільйонів світлових років — це у сотні разів більше, ніж діаметр самого Чумацького Шляху.
• Концепція великомасштабної структури Всесвіту — з галактичними нитками, листами та войдами — відома як космічна павутина; новий “лист” навколо Місцевої групи є її локальним виявом.

FAQ

Що таке “космічний лист” і чому він плаский? Це велика структура матерії — і звичайної, і темної — яка під дією гравітації сформувалася у вигляді плаского шару. Така форма є типовою для великомасштабних структур Всесвіту: матерія стікає з порожніх просторів і збирається у площинах та нитках.

Чи загрожує це нашій планеті чи Сонячній системі? Жодним чином. Йдеться про структури масштабом в мільйони світлових років. Їхній вплив на рух окремих зір або планет у рамках однієї галактики нескінченно малий.

Як вчені виявили невидиму темну матерію, не маючи приладів для її прямого спостереження? Через рух галактик. Якщо галактика рухається інакше, ніж дозволяє видима маса, значить, десь є прихована маса. Симулюючи такий рух на комп’ютері та порівнюючи з реальними даними, вчені реконструюють розподіл темної матерії.

Нова стаття дослідників Гронінгенського університету вийшла в Nature Astronomy. Це не перше незвичне явище, виявлене в нашій галактиці: раніше вчені зафіксували загадкову гігантську хвилю, що повільно ковзає Чумацьким Шляхом, що вкотре підтверджує: наш космічний дім приховує набагато більше, ніж ми звикли думати.

Темна матерія оточує нашу галактику у вигляді плаского листа з’явилася спочатку на Цікавості.

cikavosti.com