Droga Mleczna jest często przedstawiana jako płaski, wirujący dysk złożony z pyłu, gazu i gwiazd. Ale jeśli mógłbyś pomniejszyć i zrobić zdjęcie od strony krawędzi, faktycznie ma ono charakterystyczne wypaczenie – jakbyś próbował skręcać i zginać winylową płytę LP.
Chociaż naukowcy od dawna wiedzą z danych obserwacyjnych, że Droga Mleczna jest wypaczona, a jej krawędzie rozszerzają się niczym spódnica, nikt nie potrafi wyjaśnić dlaczego.
Teraz astronomowie z Harvardu w Centrum Astrofizyki | Harvard i Smithsonian (CfA) wykonali pierwsze obliczenia, które w pełni wyjaśniają to zjawisko, przedstawiając przekonujące dowody wskazujące na otoczenie Drogi Mlecznej nieregularnym halo ciemnej materii. Praca wzmacnia także obecne myślenie o ewolucji galaktyki i może dostarczyć wskazówek dotyczących niektórych tajemnic ciemnej materii.
Nowe obliczenia prowadził Jiwon Jesse Han, student Griffin Graduate School of Arts and Sciences stowarzyszony z CfA. Praca opublikowana w Nature Astronomy jest współautorami Charliego Conroya i Larsa Hernquista, obaj wykładowców CfA i Wydziału Astronomii.
Nasza galaktyka znajduje się wewnątrz rozproszonego obłoku zwanego halo gwiazdowym, który rozciąga się znacznie dalej w głąb Wszechświata. W przełomowej pracy opublikowanej w zeszłym roku zespół z Harvardu wywnioskował, że gwiezdne halo jest nachylone i ma kształt eliptyczny, przypominający sterowiec lub piłkę nożną.
Na tej podstawie zespół przyjął ten sam kształt dla halo ciemnej materii – większej całości obejmującej wszystko w Drodze Mlecznej i wokół niej. Ciemna materia stanowi 80 procent masy galaktyki, ale jest niewidoczna, ponieważ nie oddziałuje ze światłem, dlatego należy wywnioskować kształt tego halo. Wykorzystując modele do obliczania orbit gwiazd w nachylonym, podłużnym halo ciemnej materii, zespół znalazł niemal idealne dopasowanie do istniejących obserwacji wypaczonej, rozbłyskującej galaktyki.
„Nachylone ciemne halo jest właściwie dość powszechne w symulacjach, ale nikt nie badał jego wpływu na Drogę Mleczną” – powiedział Conroy. „Okazuje się, że nachylenie to elegancki sposób na wyjaśnienie zarówno wielkości, jak i kierunku chwiejnego dysku naszej galaktyki”.
Naukowcy od dawna przypuszczali, że Droga Mleczna powstała w wyniku zderzenia galaktyk; prace astronomów dodatkowo podkreślają tę hipotezę.
„Gdyby galaktyka ewoluowała sama, miałaby to ładne, kuliste halo i ten ładny, płaski dysk” – powiedział Han. „Tak więc fakt, że halo jest nachylone i ma kształt przypominający piłkę nożną, sugeruje, że w naszej galaktyce doszło do połączenia, podczas którego zderzyły się dwie galaktyki”.
Obliczenia prawdopodobnego kształtu halo ciemnej materii mogą również dostarczyć wskazówek co do właściwości i natury cząsteczkowej samej ciemnej materii, które pozostają nierozwiązanymi tajemnicami fizyki. „Fakt, że według naszych danych galaktyka nie jest sferyczna, oznacza, że istnieje pewna granica, w której ciemna materia może oddziaływać ze sobą” – wyjaśnił Han.
Zaufanie do tych odkryć może prowadzić do lepszych sposobów sprytnego badania nieobserwowalnej ciemnej materii, która tworzy większość Wszechświata. Obejmuje to nowe sposoby wykrywania sygnatur kinematycznych ciemnych subhalo, które są miniaturowymi halo ciemnej materii krążącymi po galaktyce.