Когда астрономы беспокоятся о «проблеме пропавших спутников», они не имеют в виду космические корабли на околоземной орбите. Их проблема гораздо серьезнее: на протяжении десятилетий на орбите Млечного Пути и других крупных галактик было замечено гораздо меньше карликовых галактик, чем предсказывали модели формирования галактик. Но теперь две группы астрономов нашли доказательства не просто достаточного количества галактик-спутников, чтобы удовлетворить результаты моделирования, но и слишком большого их количества.
«Возможно, мы слишком уж решили проблему», — говорит Марсель Павловский, астроном из Института астрофизики Лейбница в Потсдаме и соавтор одного из исследований. Результаты показывают, что модели формирования галактик нуждаются в корректировке, возможно, путем изменения таинственной темной материи, которая ими управляет, или путем добавления других факторов, таких как первичные магнитные поля.
В стандартных моделях формирования галактик темная материя — пока еще не обнаруженное вещество, составляющее 85% вещества во Вселенной, — обеспечивает гравитационное притяжение. Вскоре после Большого взрыва гигантские сферические «ореолы» темной материи должны были притянуть облака водорода и гелия, заставив их конденсироваться в сотни миллиардов звезд, которые собрались бы в галактики. Моделирование показывает, что каждое гигантское гало темной материи также будет содержать сотни или тысячи субгало, которые породят гораздо меньшие карликовые галактики. Эти спутники будут содержать от 100 миллионов до 1 миллиарда звезд и вращаться вокруг главной галактики.
Но в течение 1990-х и 2000-х годов астрономы обнаружили лишь около 10 карликовых галактик вокруг Млечного Пути — небольшую часть предсказанного числа. Со временем проблема утихла, поскольку более крупные телескопы обнаружили десятки новых слабых карликовых галактик. Более того, исследователи обнаружили, что формирование галактик может быть не таким эффективным, как они когда-то думали, говорит Совнак Бозе, астроном из Даремского университета. Обновленные модели предполагают, что у Млечного Пути должно быть около 220 спутников — не так уж далеко от 60 или около того, которые были обнаружены к настоящему времени.
Но в апреле Масаси Тиба, астроном из Университета Тохоку, и его коллеги сообщили о результатах 7-летнего исследования с использованием телескопа Субару на Гавайях. На относительно небольшом участке неба они обнаружили пять новых спутников Млечного Пути, сообщила команда в препринте на arXiv. Экстраполяция результатов на все небо предполагает, что у Млечного Пути должно быть около 500 спутников. «Мы нашли слишком много», — говорит Чиба.
Павловский и его коллеги сообщили о доказательствах аналогичного переизбытка вокруг других галактик в исследовании, опубликованном в прошлом месяце в журнале Astronomy & Astrophysicals. Они проанализировали данные исследования, проведенного канадско-французско-гавайским телескопом на Гавайях, которое включало почти 50 галактик на расстоянии до 150 миллионов световых лет от Земли. Их моделирование показало, что исследование должно было обнаружить в среднем три спутника на галактику, но вместо этого было обнаружено около 10 для каждого. «Изначально это было сформулировано как проблема отсутствия спутников», — говорит Павловский. «Теперь похоже, что все идет в другую сторону».
По словам Павловски, скромных изменений в моделях формирования галактик может быть достаточно, чтобы объяснить наблюдения. «Мы не должны чрезмерно интерпретировать наши симуляции», — говорит он. «Это не обязательно означает, что основная структура космологической модели неверна».
Например, формирование карликовых галактик может происходить в гораздо меньших масштабах, чем предполагалось. «Каково самое маленькое гало темной материи, в котором могла бы разместиться галактика?» — говорит Бозе. «Это открытый и очень горячо обсуждаемый вопрос». Даже не меняя никаких параметров темной материи, Стейси Ким, астрофизик из Научного института Карнеги, обнаружила, что, когда она запускает моделирование со сверхвысоким разрешением, карликовые галактики формируются внутри ореолов темной материи с «сумасшедшей» малой массой, возможно, всего 1 миллион раз больше, чем у Солнца. «Если это так, это резко увеличит количество галактик, которые мы ожидаем увидеть вокруг Млечного Пути», — говорит она.
Магнитные поля, которые могли возникнуть сразу после Большого взрыва, также могли бы объяснить большое количество маленьких галактик, говорит Махса Санати, астрофизик из Оксфордского университета. Она говорит, что силы этих первичных полей могут привести к более быстрому слипанию темной материи, что приведет к появлению большего количества субгало и карликовых галактик. По ее словам, в этом сценарии карликовые галактики могут быть окружены собственными, еще меньшими спутниками.
Предстоящая обсерватория Веры К. Рубин, строящаяся в Чили, может дать некоторые ответы. Ожидается, что, исследуя небо на беспрецедентных расстояниях, он обнаружит 40 миллионов космических объектов, в том числе карликовые галактики. «Рубин сможет обнаружить карликовые галактики, которые намного слабее, чем мы когда-либо видели», — говорит Ким. По ее словам, когда в следующем году он начнет исследование, это будет «совершенно новый мир карликовых галактик».
