Недавно обнаруженные галактики-спутники Млечного Пути демонстрируют относительно короткую продолжительность существования. Это расходится с общепринятой космологической моделью, согласно которой темная материя должна поддерживать крупные галактики значительным количеством подобных объектов.
Современная космология сталкивается с непростой задачей объяснения недостатка карликовых галактик. Это связано с тем, что звезды, расположенные на окраинах галактических дисков, обладают значительной скоростью вращения вокруг центра галактики — явлением, которое обычно приписывают наличию темной материи. Основываясь на этих скоростях, следует, что Млечный Путь, с его видимым диском диаметром 100 тысяч световых лет, должен быть окружен сферическим гало из темной материи, простирающимся на расстояние более 250 тысяч световых лет.
Однако в таком случае темная материя этого гало должна захватывать и удерживать много карликовых галактик-спутников — 500 штук в случае Млечного Пути. На практике вместо этого астрономы обнаружили только дюжину. Аналогичная картина наблюдается в других галактиках. Ясно, что это указывает на большие проблемы с нашим пониманием темной материи, но в чем именно заключаются проблемы — вопрос, который вызывает постоянные споры.
Часть физических теорий гласит, что этому есть объяснение: карликовые галактики-спутники формируются исключительно при наличии массивной черной дыры в центре, и подобные модели ограничивают конкретное число таких объектов на галактику нашей массы, то и никаких 500 галактик-спутников у нее быть не может. Но в рамках стандартной космологической модели наших дней таких ограничений нет, поэтому у нее проблема расхождения предсказаний теоретически предсказанного числа карликовых галактик и их наблюдаемого числа — одна из самых острых.
В новой работе, опубликованной в Місячні записи Королівського астрономічного товариства , предложен достаточной свежий взгляд на проблему. Авторы исследования использовали наблюдения космического телескопа «Гайя», чтобы сравнить орбитальные энергии карликовых галактик-спутников. На такие энергии непосредственно влияет скорость движения галактики-спутника вокруг Млечного Пути. Одна из самых низких таких энергий наблюдается у карликовой эллиптической галактики в Стрельце (ближайшей к нам из всех спутников). По ее динамике понятно, что она стала спутником примерно пять-шесть миллиардов лет назад.
У спутников, вращающихся на более отдаленных от нашей Галактики орбитах, наблюдается иная ситуация с орбитальной энергией: она значительно превышает энергию упомянутой эллиптической галактики в Стрельце. Скорости звезд у многих из них демонстрируют широкое распределение, что свидетельствует о существенной нестабильности этих галактик. На основании этих данных исследователи попытались определить возраст, когда они стали спутниками Млечного Пути. Полученные расчеты показали значение, значительно меньшее трех миллиардов лет. Вместе с тем, не удалось обнаружить действительно древние карликовые спутники — возраст которых превышает шесть миллиардов лет.
Согласно общепринятой космологической модели, гало темной материи должны были обеспечить формирование подобных спутниковых галактик как минимум за последние 10 миллиардов лет. Это наводит на мысль, что более древние спутники исчезли — исследователи считают, что они могли разрушиться из-за динамической нестабильности, вызванной взаимодействием с газом и гравитационным воздействием Млечного Пути и его окружения.
Основная трудность данного решения заключается в том, что оно делает маловероятным наличие значительных объемов темной материи в карликовых галактиках. Темная материя, если бы она присутствовала, способна стабилизировать галактики-спутники и предотвратить их разрушение в течение длительного времени. Этот вывод представляется весьма неожиданным, поскольку стандартная космологическая модель не дает четкого объяснения тому, почему множество галактик, по крайней мере, в нашей окрестности, могут быть лишены темной материи. Кроме того, такая модель неизбежно поднимает вопрос о местонахождении большого числа предсказанных ею карликовых галактик-спутников – около 500 в случае Млечного Пути. Если ранее считалось, что их насчитывается около дюжины, то теперь это число стремится к нулю, усугубляя проблему карликовых галактик в космологии.