По мнению астрофизиков, на границах Млечного Пути могут находиться сотни «невидимых» галактик-спутников. К такому заключению они пришли, создав модель формирования наиболее слабых карликовых систем во Вселенной. Благодаря этому исследователи смогут определить точное количество галактик, вращающихся вокруг Млечного Пути, и проверить гипотезы о темной материи и ранних этапах развития космоса.
Карликовые галактики представляют собой одни из наименьших и наиболее древних галактических образований, которые нам известны. В некоторых из них содержится крайне мало звезд – иногда всего несколько сотен или тысяч. При этом они в основном состоят из темной материи и служат прекрасными объектами для изучения невидимой массы Вселенной, а также процесса формирования первых звезд, возникших вскоре после Большого взрыва.
Наша галактика окружена множеством небольших и порой малозаметных спутников. За последние два десятилетия их число значительно увеличилось: от нескольких «классических» карликовых галактик до приблизительно 65 подтвержденных объектов. Особый интерес представляют так называемые «невидимые» системы — чрезвычайно слабые галактики, которые сложно обнаружить даже с помощью современных телескопов.
Как ранее писал Naked Science, их число может колебаться в пределах от 80 до 100, хотя некоторые ученые считают, что фактическое количество значительно превышает эту цифру. Это порождает вопрос: почему некоторые небольшие, темные гало смогли породить звезды и превратиться в галактики, в то время как другие остались полностью невидимыми?
Для изучения развития 65 карликовых галактик, масса которых варьируется от 10 миллионов до 5 миллиардов масс Солнца, создатели новой научной работы разработали цикл компьютерных симуляций LYRA. Разрешение модели было достаточно высоким, чтобы ученые могли наблюдать за формированием отдельных звездных систем, масса которых составляла примерно четыре солнечные массы. Такой метод позволил выявить процессы, которые обычно не обнаруживаются в более упрощенных космологических моделях.
Основой данного исследования послужило изучение фона раннего ультрафиолетового излучения, которое также называют излучения Лаймана-Вернера, это вещество существовало в ранней Вселенной до окончания эпохи реионизации. Оно не ионизирует непосредственно водород, но расщепляет молекулы H₂, которые играют ключевую роль в охлаждении газа. Именно молекулярный водород способствует потере тепла облаками, их сжатию и, как следствие, рождению звезд. Если же он разрушается, газ сохраняет избыточную температуру и становится более разреженным, что приводит к существенному снижению интенсивности звездообразования.
Исследователи проанализировали два возможных варианта развития событий: в первом случае начальный фон был незначительным, во втором – более сильным. Различие между ними стало заметно на этапе создания первичных структур. При слабом излучении даже незначительные колебания могли аккумулировать холодный газ и провоцировать появление звезд. В сценарии с более интенсивным излучением порог значительно смещался, почти на порядок: для начала звездообразования требовались существенно более крупные системы.
Это говорит о том, что значительная доля потенциальных карликовых галактик в ранней Вселенной могла так и не начать светиться и оставаться невидимой до наших дней. На количество и распределение спутников Млечного Пути это оказывает непосредственное влияние: их яркость и общая численность зависят от условий, которые существовали в эпоху, когда Вселенной было всего несколько сотен миллионов лет.
Согласно проведенным симуляциям, даже самые слабые галактики обладают минимальной массой звезд, составляющей приблизительно тысячу солнечных масс. Эти галактики формируются стремительно, переживая лишь один эпизод интенсивного звездообразования. После этого начавшиеся взрывы сверхновых выбрасывают газ за пределы гравитационного притяжения, что приводит к полному прекращению формирования новых звезд. Более крупные карликовые галактики способны к более продолжительному звездообразованию и, как правило, лучше адаптируются к периоду реионизации.
Результаты работы, опубликованной в журнале Ежемесячные известия Королевского астрономического общества, показали, что современные спутники Млечного Пути — не просто остатки древних структур, а своеобразная летопись условий, царивших в ранней Вселенной. Их количество, яркость и даже сам факт существования напрямую зависят от того, что происходило в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва.