У Млечного Пути насчитали 150 необнаруженных галактик-спутников

Астрофизики показали, что в гало Млечного Пути должно находиться около 220 карликовых галактик, примерно четверть из которых пребывает в поле тяготения Большого Магелланова Облака. Это число значительно выше наблюдаемого количества: примерно 150 спутников еще предстоит обнаружить. Первая и вторая части работы опубликованы в The Astrophysical Journal.

Термином «гало» в астрофизике обозначает сферическую область вокруг галактики. Границы этого пространства определяются вириальным радиусом — расстоянием, в пределах которого тяготение данной галактики преобладает над тяготением ее соседей. Свойства гало представляют большой интерес для астрофизики и космологии. Исследования в данной области позволяют понять, как именно ведет себя гравитация на больших масштабах, и на основе этого строить и корректировать теоретические модели.

Карликовые галактики — это широкий класс населяющих гало объектов. По своей структуре они напоминают обычные галактики, однако масса таких образований оказалась слишком мала, и они попали в поле тяготения более крупного соседа. Наиболее заметные спутники Млечного Пути, Большое Магелланово Облако и Малое, были известны еще в доисторическое время. На сегодняшний день открыты уже десятки таких галактик. При этом некоторые из них — это двойные спутники, которые одновременно обращаются вокруг Большого Магелланова Облака (БМО). Тем не менее, полное количество таких объектов в гало нашей галактики в настоящий момент неизвестно.

Научная группа коллаборации DES (Dark Energy Survey) под руководством Алекса Дрлика-Вагнера (Alex Drlica-Wagner) из Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми исследовала связь гравитационных свойств окрестностей Млечного Пути с количеством и конфигурацией его спутников. Основываясь на наблюдениях за далекими галактиками, которые похожи по структуре на нашу, ученые смоделировали среду, отражающую свойства гало. При этом исследователи старались воспроизвести гравитационную пару «Млечный Путь — БМО», предполагая, что тяготение последнего существенно влияет на итоговое распределение спутников. Отдельно моделировались сценарии, в которых аналог БМО не участвовал. Затем в полученной среде авторы случайным образом размещали модели карликовых галактик и вычисляли вероятность самопроизвольного возникновения полученной конфигурации, из чего делали вывод о правдоподобии исходного набора параметров.

Статистические расчеты исследователи производили при помощи машинного обучения. Используемый алгоритм был основан на выборке из реально наблюдаемых карликовых галактик и позволил оценить вероятность обнаружения спутника в заданном положении по его размеру, яркости, расстоянию до Солнца и угловым координатам.

В результате авторы заключили, что наиболее вероятное число карликовых галактик в гало Млечного Пути должно составлять около 220 (с погрешностью в 50 объектов), из которых 52±8 — спутники БМО. Это означает, что астрономам предстоит открыть по соседству с нашей галактикой еще около 150 спутников. При этом статистическая гипотеза, учитывающая вклад аналога БМО, при описании реальных данных оказалась существенно достовернее (со значением коэффициента Байеса 10³–10⁴) моделей, в которых этот вклад был менее точен или не учитывался. Таким образом, исследователи подтвердили значимость воздействия Большого Магелланова Облака на структуру окружения Млечного Пути.

Кроме того, по результатам симуляций ученые вычислили среднюю массу гало, при которой оно с вероятностью 50% будет содержать по крайней мере один спутник, — эта величина составила порядка 10⁸ масс Солнца. Массу тех гало, в которых могут находиться самые малые из обнаруживаемых спутников, авторы оценили в миллион солнечных. Последние характеристики важны с точки зрения свойств темной материи на микроуровне. В частности, с их помощью можно оценивать силу и вероятность взаимодействия гипотетических частиц как между собой, так и с обычным веществом. Это дает возможность корректировать теоретические модели и облегчает экспериментальные поиски темной материи.

Ранее мы писали о том, как газовые гало повлияли на рост сверхмассивных черных дыр и как астрофизикам удалось обнаружить четыре тысячи новых галактик.

Николай Мартыненко