Млечный Путь обладает значительным количеством галактик-спутников, включая Большое и Малое Магеллановы Облака, которые можно увидеть невооружённым глазом с южного полушария. Недавно астрономы обнаружили ещё одну спутниковую галактику, которая стала самой маленькой и самой тёмной из когда-либо найденных. Она также представляет собой потенциальную галактику, где преобладает тёмная материя.
Эта галактика, известная как «Большая Медведица III/UNIONS 1» (UMa3/U1), содержит очень мало звёзд и её светимость настолько слаба, что она долгое время оставалась незамеченной, несмотря на близкое расположение.
«UMa3/U1 находится в созвездии Большой Медведицы, рядом с Большим Ковшом, можно сказать, что она находится в нашем космическом „дворе“, примерно в 30 000 световых годах от Солнца», — прокомментировал Саймон Смит, ведущий автор и аспирант астрономии Университета Виктории (Британская Колумбия, Канада).
Галактика UMa3/U1 содержит всего около 60 звёзд, что делает её похожей скорее на рассеянное скопление, чем на настоящую галактику. «Малое количество звёзд в UMa3/U1 вызывает вопрос о том, не является ли она просто случайной группой похожих звёзд», — говорит Марла Геха, профессор астрономии и физики из Йельского университета.
Несмотря на небольшое количество звёзд, галактика содержит звёзды возрастом более 10 миллиардов лет и имеет диаметр всего 10 световых лет. Её масса превышает массу Солнца всего в 16 раз — это одна из наименьших среди известных карликовых галактик. Хотя эти числа больше свойственны скоплениям, наличие тёмной материи делает её галактикой.
Традиционные звёздные скопления имеют большую массу, чем у UMa3/U1, но они не считаются галактиками, так как в них преобладает барионная материя. Сверхтусклые галактики, подобные UMa3/U1, имеют массу, превышающую объяснение количеством звёзд. «Поэтому, в контексте космологии Лямбда — Холодной Тёмной Материи (ΛCDM), карликовые галактики считаются находящимися в центре гало тёмной материи», — сказано в исследовании. Астрофизики полагают, что всю эту массу составляют ореолы тёмной материи, которых нет в звёздных скоплениях.
Крошечная галактика была обнаружена в результате Ультрафиолетового ближнего инфракрасного оптического северного обзора (UNIONS) с использованием Канадско-Французского Гавайского телескопа CFHT и панорамного обзорного телескопа Pan-STARRS на Гавайях. После обнаружения, исследователи провели более детальное изучение с помощью спектрографа Deep Imaging обсерватории Кека (DEIMOS). Эти наблюдения показали, что звёзды связаны гравитационно, а значит они должны находиться в скоплении или в крошечной галактике.
Небольшое количество звёзд в галактике вызывало сомнения в присвоении ей статуса галактики. Даже у исследователей были сомнения.
Тем не менее учёные убедительно доказали, что это не случайная группа звёзд. «Наблюдения спектрографом DEIMOS чётко показывают, что все звёзды движутся в космосе с практически одинаковой скоростью и имеют схожий химический состав», — отмечает Марла Геха, соавтор статьи и профессор астрономии и физики из Йельского университета.
Астрономы продолжают исследовать карликовые галактики и их связь с тёмной материей. Существует ряд неопределённостей и противоречий, связанных с этими объектами. Некоторые астрономы считают, что они больше похожи на звёздные скопления, чем на галактики, и их наблюдаемые свойства находятся где-то между этими двумя типами объектов.
Что касается галактики UMa3/U1, то здесь также возникало множество вопросов и неопределённостей. Одним из интересных факторов является его долгое выживание, учитывая его низкую звёздную массу. Группировка звёзд с низкой массой уже должна была быть разорвана на части, а её члены — раствориться в большей популяции Млечного Пути. Но звёзды UMa3/U1 всё ещё вместе, что указывает на участие тёмной материи.
«Объект настолько мал, что его долговременное выживание очень удивительно. То, что мы наблюдаем, ведёт к двум одинаково интересным возможностям. Либо UMa3/U1 — это крошечная галактика, стабилизированная большим количеством тёмной материи, либо это звёздное скопление, которое мы наблюдали в особый момент перед его неминуемой гибелью. Это сценарий, который мы надеемся дополнительно изучить с помощью наблюдений Кека», — говорит Уилл Черни, соавтор и профессор из Йельского университета.
Если астрофизики смогут убедительно подтвердить наличие тёмной материи в галактике, то это будет иметь большое значение и будет служить дополнительной поддержкой модели ΛCDM. Согласно этой модели, в процессе формирования Млечного Пути он притянул к себе большое количество карликовых галактик, гораздо больше, чем мы обнаружили до сих пор. И если UMa3/U1 — одна из них, то это будет подтверждением модели ΛCDM.
Для исследователей при любом результате важно это открытие. Они нашли нечто уникальное и сложнообнаружимое.
«Независимо от того, подтвердят или опровергнут наши будущие наблюдения, что эта галактика содержит большое количество тёмной материи, мы очень воодушевлены тем, что объект может быть вершиной айсберга — первым представителем тусклых звёздных систем, которые до сих пор ускользали от нашего внимания», — говорит Черни.
Происхождение UMa3/U1 остаётся неопределённым. Есть две возможности — она либо сформировалась на месте, либо была захвачена гравитацией Млечного Пути. Астрономы используют данные о металличности и орбитах звёзд, чтобы определить происхождение галактики, но в данном случае ни одно из измерений не дало окончательного ответа. Дальнейшие наблюдения позволят определить происхождение галактики более точно, но на данный момент исследователи склоняются к сценарию аккреции. И этот сценарий тоже поддерживает модель ΛCDM.
Также неясна и судьба галактики. Если в ней присутствует тёмная материя, то это помогает ей сохранять свою структуру. Но если тёмной материи в ней нет, то она может находиться на грани уничтожения. В любом случае, дальнейшие исследования позволят получить больше информации.
В итоге, на данный момент у UMa3/U1 неопределённое прошлое и неопределённое будущее. Но независимо от того, как она будет классифицирована, это всё равно нечто новое, что вызывает вопросы.
«Открытие UMa3/U1 может стать вызовом для нашего понимания процесса формирования галактик и, возможно, даже для определения самого понятия „галактика“», — говорит Смит.