Космическият телескоп Gaia е позволил да се оцени скоростта на движение на рекорден брой звезди в Млечния път и новите данни се оказали изключително неочаквани. Работата не е само в това, че нейната маса е намаляла многократно: става ясно, че структурата на самата Галактика не е такава, както се смяташе досега.
Преди около половин век астрономите откриха, че външните части на галактичните дискове извън Млечния път се въртят много по-бързо, отколкото би трябвало. Да речем, в Слънчевата система близките до Слънцето планети се въртят бързо, а по-отдалечените – бавно, и това, изглежда, е логично следствие от отслабването на гравитацията на звездата, действаща върху тях. Но в други галактики външните области се въртят, без да намаляват скоростите на въртене – сякаш се въртят от някаква огромна, но невидима маса (тъмна материя). Но да се оцени как стоят нещата със скоростите на въртене в други галактики, се оказало много по-лесно, отколкото да се направи „у дома“.
ОЩЕ: Астрономи искат преименуване на Магелановите облаци. Името на Магелан било обидно
Трудно е да се наблюдава голям обект, докато се намирате вътре в него: например от нашето място в Галактиката не само прахът и газът пречат да се видят другите ѝ части, но и централната ѝ част. Революция в този въпрос беше направена само от космическия телескоп Gaia, изстрелян преди 10 години и работещ в точка на Лагранж, на милиард и половина километра от Земята. Той може да наблюдава повече от милиард звезди – рекорд в историята на астрономията. Обработката на такъв обем данни обаче отнема много време и е много сложна.
Ето защо едва сега в списанието Astronomy and Astrophysics е публикувана статия, обобщаваща данните на Gaia за скоростта на въртене на звездите в диска на Млечния път. Тя се опира до голяма степен на резултатите от наблюдения и работи, публикувани по-рано по тази тема. Авторите на новата статия са съставили криви, показващи скоростите на въртене на звездите в различни части на нашата Галактика. Тъй като тези скорости се определят от гравитацията, действаща върху тези звезди, именно от тях може да се установи истинската маса на Млечния път, която дотогава оставаше обект на ожесточени дискусии.
Изследването поднесло две големи изненади. Първо, оказва се, че Млечният път не показва ускорено въртене на краищата на галактичния диск, както почти всички добре проучени спирални галактики с изключение на нашата. На разстояние от 63 до 86 хиляди светлинни години от центъра на Млечния път скоростта на въртене на неговите звезди около галактичния център пада средно с 30 километра в секунда. Това не е толкова малко: например Слънцето се върти около галактичното ядро със скорост 230 километра в секунда. Всъщност намаляването на скоростите на въртене на звездите в нашата Галактика изглежда като „Кеплерово забавяне“, подобно на това, което се наблюдава за външните планети на Слънчевата система. То все още не се наблюдава в други галактики на Вселената, подобни на нашата.
В миналото Млечният път не е бил спирална галактика
Това не означава, че нямаме тъмна материя: според изчисленията на авторите на новата работа тя е три пъти повече от обикновената материя. Проблемът е, че за други спирални галактики съотношението е шест към едно, или два пъти по-голямо.
Втората голяма изненада: масата на Млечния път се оказва приблизително 200 милиарда пъти по-голяма от масата на Слънцето. Това е около пет пъти по-малко от предишните общоприети оценки (трилион слънчеви маси) и забележимо по-малко от други спирални галактики със същия размер като нашата, наблюдавани от астрономите. От това следва, че оценките на масите на галактиките – спътници на Млечния път (например Големия Магеланов облак), трябва да бъдат преразгледани „надолу“, и то доста силно.
Авторите на изследването отбелязват, че според техните резултати Млечният път се оказва изключително рядка и изключително бедна на материя галактика. Причините за това все още не са ясни.
Сред възможните обяснения учените отбелязват това, че след 8 – 10 милиарда години нашата Галактика практически не е претърпяла големи сливания и поглъщания (т.е. не е присъединила други галактики). В същото време повечето други наблюдавани спирални галактики са преживели големи сливания преди не повече от шест милиарда години. Възможно е малкият брой късни сливания и малкото количество тъмна материя, което имаме, да е свързано по някакъв начин с това, че структурата на ръкавите в нашата Галактика е малко по-различна от повечето наблюдавани спирални галактики.
Китайски астрономи променят представата за структурата на Млечния път
Друго обяснение: Gaia използва различни методи за отчитане на скоростите на галактиките. Ако има нещо нередно с тях, то новите резултати за масата и скоростите в Млечния път също са неверни. В известен смисъл такъв вариант е не по-малко потресаващ от първия, тъй като много заключения на астрономите през последните години се основават на точността на цифрите на Gaia.
Отделно да отбележим, че ако числата на Gaia все пак са верни, тогава хипотезата за модифицираната Нютонова динамика (MOND) е неправилна. Модифицираната нютонова динамика е теория, която предполага, че гравитацията има различна сила за различни разстояния. Тоест това обяснение е напълно алтернативно на съвременната физическа картина на света, основана на теорията на относителността, която е несъвместима с такъв подход.
MOND се радва на известна популярност от много години, защото позволява да се обясни твърде бързото въртене на дисковете на други галактики, без да се търси тъмна материя, която би обяснила подобно въртене. Но ако в нашата Галактика няма бързо въртене на периферните части на галактичния диск, но има Кеплерово забавяне на нейните звезди, то MOND очевидно е невярна: гравитацията не може да отслабне с разстоянието навсякъде, освен в Млечния път.
Но други подходи – по-конкретно тъмната материя – получават сериозно потвърждение с новото изследване. Количеството тъмна материя в различните галактики може да варира в зависимост от различни хипотези за нейната природа. Сега остава само да разберем кой от тях е правилен: този, базиран на данни от гравитационния телескоп LIGO, или други.
