Невидимый компаньон Млечного Пути оказывает влияние на движение остальной материи в нашем звёздном острове. Находка позволила учёным предположить, что таких объектов-невидимок в окрестностях Галактики имеется немало и у других галактик они тоже должны быть. Теперь на вопрос «где же скрывается пресловутая тёмная материя?» можно ответить более определённо.
Сукания Чакрабарти (Sukanya Chakrabarti) и её коллеги из Калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley) высчитали, что у Млечного Пути имеется тёмная галактика-спутник массой около 10 миллиардов Солнц. Новый объект получил наименование «галактика икс» (Galaxy X). Расположен он примерно в 260-300 тысячах световых годах от центра нашей родной Галактики. А на небе этот таинственный объект находится где-то в Циркуле или Наугольнике (точнее пока определить сложно).
«Галактику X» невозможно разглядеть в телескопы, хотя вскоре будет предпринята попытка поймать хоть что-нибудь от неё в инфракрасном диапазоне. Причины такой неуловимости просты.
Во-первых, как считают астрономы, эта галактика состоит главным образом из таинственной тёмной материи (чем бы та ни была), а проявляет она себя только через гравитацию. Во-вторых, сейчас этот спутник расположен почти на противоположном от нас краю Млечного Пути и наблюдать за ним мешает галактический диск из газа и пыли.
Обнаружена Galaxy X косвенным путём. Её движение вызывает изменения в обширных потоках газообразного водорода, находящихся на краю Млечного Пути. Так что новичка можно представить в виде корабля-невидимки, пойманного по титаническому кильватерному следу.
Специалисты полагают, что это открытие поможет решить давнюю загадку. По всем расчётам у Млечного Пути должно быть намного больше карликовых галактик-спутников, чем мы наблюдаем. Сейчас (вместе с «подозреваемыми») таких объектов имеется порядка 80, а должно быть — тысячи, если считать совсем мелкие. Недостача может объясняться как раз невидимыми галактиками-крохами, состоящими из тёмной материи.
Подобное картографирование должно помочь астрономам увязать между собой противоречивые данные о движении звёздных островов в целом, а не только нашего. Однако тут имеется препятствие. Если на больших масштабах теория о тёмной материи и наблюдения за объектами согласуются неплохо, в масштабе одной галактики и её ближнего окружения теоретикам ещё трудно сводить концы с концами.
Именно потому Чакрабарти со товарищи придумали способ выявления малых (по галактическим меркам) объектов из тёмной материи через анализ поведения межзвёздного водорода. При помощи радиотелескопов можно выявлять очень тонкие неравномерности в газовом диске, который простирается вокруг любой галактики намного дальше, чем видимый диск из звёзд.
Данный метод авторы назвали «приливным анализом» (Tidal Analysis). Учёные полагают, что эта технология будет работать даже для невидимых объектов массой в одну тысячную от веса Галактики. А та же Galaxy X показывает на весах 1% от массы Млечного Пути.
Чтобы показать, что метод корректен, Сукания и её соратники из Беркли и канадского института теоретической астрофизики (CITA) применили «приливный анализ» для расчёта динамики газа в двух известных парах галактика-спутник.
Это галактика «Водоворот» (M51) и её напарница NGC 5195, втрое меньшей массы (они показаны на рисунках вверху), а также галактика NGC 1512 со своим спутником NGC 1510, весящим меньше основного компаньона в сто раз.
Учёные представили, что не видят карликовые галактики-спутники, и попробовали заново «открыть» их лишь по возмущениям в водородных дисках основных галактик. В обоих случаях компьютерное моделирование позволило весьма точно предсказать массу, удаление и азимут фактически наблюдаемых спутников, показав, что придуманный в Беркли инструмент имеет право на жизнь.
О своей новой работе Чакрабарти рассказала 13 января на конференции Американского астрономического общества (217th AAS meeting). (Детали исследования можно найти в пресс-релизе университета, а также статье, подготовленной для Astrophysical Journal.)
Учёные считают, что тёмная материя отвечает за львиную долю (порядка 85%) массы Вселенной и без неё динамика галактик и их кластеров была бы иной. Но из чего, в частности, состоит «галактика икс», пока можно только догадываться. Её дальнейшее изучение, вероятно, поможет в раскрытии тайны тёмной материи.
Дело в том, что у астрономов и физиков нет единого мнения — что же это такое. То ли некие неизвестные науке частицы, то ли обычная материя, которая по ряду причин слишком слабо излучает, чтобы её можно было уловить имеющимися приборами…
В пользу трудно наблюдаемого, но всё же вполне обычного вещества говорит ряд открытий недавнего времени: первая галактика без звёзд, очень разреженные межгалактические волокна газа, переоценка числа тусклых красных карликов во Вселенной. А может, верны разные предположения о природе тёмной материи и недостающая масса Вселенной — это комбинация разнородных по сути элементов в той или иной пропорции?
Добавим, что имя Galaxy X авторы находки предложили по аналогии с другим термином. Более века назад знаменитый американский астроном Персиваль Лоуэлл выдвинул гипотезу о внешней «планете X» (Planet X), основываясь на расчёте слабых отклонений в движении Нептуна и Урана.
Гипотеза Лоуэлла не подтвердилась (открытый позже Плутон оказался слишком лёгок, чтобы повлиять на газовые гиганты), к тому же, как стало ясно через десятки лет, в тогдашних расчётах массы и орбиты Нептуна имелись погрешности.
Но сама идея поиска дальних объектов по гравитационному возмущению орбит ближних тел оказалась очень живучей, а термин «планета икс» постепенно стал использоваться как общее неофициальное имя для любой ещё не открытой планеты (или планетоида) на внешних окраинах Солнечной системы. Вот и «галактику X» удалось найти на кончике пера. Если выкладки Чакрабарти подтвердятся, открытие окажется очень важным для космологии.
Находка других подобных объектов не только прольёт свет на тёмную материю. Эти данные, как считают авторы исследования, позволят исключить альтернативную гипотезу, гласящую, что для объяснения аномалий в движении галактик и звёзд следует не привлекать «лишнюю» массу, а корректировать сам закон Всемирного тяготения. Так «кильватерный след» в межзвёздном водороде может повлечь за собой серьёзные последствия.
Для объяснения гравитации как давления излучения необходимо предположить огромнейшую плотность излучения,которой нет.