Нове дослідження показало справжню форму дифузної хмари зірок, що оточує диск нашої галактики. Десятиліттями астрономи вважали, що ця хмара зірок, яку називають зоряним гало, має переважно сферичну форму, як пляжний м’яч. Тепер нова модель, заснована на сучасних спостереженнях, показує, що зоряний ореол довгастий і нахилений, дуже схожий на м’яч, який щойно вдарили ногою.
Висновки, опубліковані цього місяця в The Astronomical Journal, пропонують розуміння багатьох астрофізичних тем. Результати, наприклад, проливають світло на історію нашої галактики та галактичної еволюції, а також пропонують підказки щодо триваючого полювання на таємничу речовину, відому як темна матерія.
«Форма зоряного гало є дуже фундаментальним параметром, який ми щойно виміряли з більшою точністю, ніж це було можливо раніше», — каже провідний автор дослідження Джівон «Джессі» Хан, доктор філософії, студент Гарвард-Смітсонівського астрофізичного центру (CfA). «Є багато важливих наслідків того, що зоряне гало не має сферичної форми, а натомість має форму футбольного м’яча, м’яча для регбі чи цепеліна — вибирайте!»
«Протягом десятиліть загальним припущенням було те, що зоряне гало є більш-менш сферичним та ізотропним, або однаковим у всіх напрямках», — додає співавтор дослідження Чарлі Конрой, радник Хана та професор астрономії Центру астрофізики Гарвардського університету. «Тепер ми знаємо, що хрестоматійну картину нашої галактики, вбудованої в сферичний об’єм зірок, потрібно викинути».
Зоряне гало Чумацького Шляху — це видима частина того, що в більш широкому сенсі називається галактичним гало. У цьому галактичному гало домінує невидима темна матерія, присутність якої можна виміряти лише за допомогою сили тяжіння, яку вона діє. Кожна галактика має свій ореол темної матерії. Ці ореоли служать свого роду ешафотом, на якому висить звичайна, видима матерія. У свою чергу, ця видима матерія утворює зірки та інші видимі галактичні структури. Щоб краще зрозуміти, як галактики формуються та взаємодіють, а також природу темної матерії, зоряні гало є, відповідно, цінними астрофізичними цілями.
«Зоряне гало — це динамічний індикатор галактичного гало», — говорить Хан. «Щоб дізнатися більше про галактичні гало загалом, а особливо про галактичне гало та історію нашої галактики, зоряне гало — чудове місце для початку».
Зрозуміти форму зоряного гало Чумацького Шляху, однак, давно було складно для астрофізиків з тієї простої причини, що ми всередині нього. Зоряне гало простягається на кілька сотень тисяч світлових років над і під заповненою зірками площиною нашої галактики, де знаходиться наша Сонячна система. «На відміну від зовнішніх галактик, де ми просто дивимося на них і вимірюємо їхні гало, — говорить Хан, — нам не вистачає такого ж виду зовнішньої перспективи гало нашої власної галактики».
Ще більше ускладнює ситуацію те, що зоряне гало виявилося досить дифузним і містить лише близько одного відсотка маси всіх зірок галактики. Проте з часом астрономам вдалося ідентифікувати багато тисяч зірок, які населяють це гало, які відрізняються від інших зірок Чумацького Шляху завдяки їхньому відмінному хімічному складу (який можна оцінити за допомогою досліджень їх зоряного світла), а також їх відстанями та рухами вздовж небо. Завдяки таким дослідженням астрономи зрозуміли, що зірки в гало розподілені нерівномірно. З тих пір мета полягала в тому, щоб вивчити закономірності надмірної щільності зірок, які просторово виглядають як згустки та потоки, щоб розібратися з остаточним походженням зоряного гало.
Нове дослідження, проведене дослідниками CfA та їхніми колегами, використовує два основні набори даних, зібрані за останні роки, які як ніколи раніше підвищили зірковий ореол.
Перший набір отримано від Gaia, революційного космічного корабля, запущеного Європейським космічним агентством у 2013 році. Gaia продовжує збирати найточніші вимірювання положень, рухів і відстаней мільйонів зірок у Чумацькому Шляху, включно з деякими сусідніми зірковими гало. .
Другий набір даних отримано від наземного дослідження H3, проведеного в обсерваторії MMT, розташованій в обсерваторії Фреда Лоуренса Уіппла в Арізоні, і співпраці між CfA та Університетом Арізони. H3 зібрло детальні спостереження десятків тисяч зіркових гало, розташованих надто далеко, щоб Gaia могла їх оцінити.
Об’єднання цих даних у гнучку модель, яка дозволила отримати форму зоряного ореолу з усіх спостережень, дало явно несферичне гало — і форма футбольного м’яча добре узгоджується з іншими відкриттями на сьогоднішній день. Форма, наприклад, незалежно і повністю узгоджується з провідною теорією щодо формування зоряного гало Чумацького Шляху.
Згідно з цією структурою, зоряне гало утворилося, коли самотня карликова галактика зіткнулася 7-10 мільярдів років тому з нашою набагато більшою галактикою. Як наслідок внаслідок цього галактичного зіткнення карликова галактика була розірвана на частини, а зірки, що її складали, розкидані в розсіяне гало. Така історія походження пояснює притаманну відмінність зірок зоряного гало від зірок, народжених і вирощених у Чумацькому Шляху. «Нахил і розподіл зірок у зоряному гало є яскравим підтвердженням того, що наша галактика зіткнулася з іншою меншою галактикою 7-10 мільярдів років тому», — говорить Конрой.
Примітно, що минуло стільки часу після катастрофи GSE-Чумацького Шляху, що можна було очікувати, що зоряні гало динамічно осядуть у класичній, давно передбачуваній сферичній формі. Ця структура, де домінує темна матерія, сама, ймовірно, перекошена, і через свою гравітацію також утримує зоряний ореол нерівномірним. «Нахилене зоряне гало переконливо свідчить про те, що гало темної матерії, що лежить в основі, також нахилене», — говорить Конрой. «Нахил гало темної матерії може мати значні наслідки для нашої здатності виявляти частинки темної матерії в лабораторіях на Землі».
Відкриття найбільш правдоподібної конфігурації зоряного гало просуне вперед багато астрофізичних досліджень, заповнюючи основні деталі про наше місце у Всесвіті.
«Це такі інтуїтивно цікаві запитання про нашу галактику: «Як виглядає галактика?» і «Як виглядає зоряний ореол?», — говорить Хан. «За допомогою цього напряму досліджень і вивчення зокрема ми нарешті відповідаємо на ці запитання».
