Космический телескоп «Гайя» позволил оценить скорость движения огромного количества звезд в Млечном Пути, и полученные данные оказались весьма неожиданными.
Новое открытие касается не только того, что масса Галактики уменьшилась многократно, но и структуры самой Галактики, которая оказывается не такой, как считалось ранее.
Примерно полвека назад астрономы обнаружили, что внешние части дисков галактик за пределами Млечного Пути вращаются значительно быстрее ожидаемого. Планеты в Солнечной системе, близкие к Солнцу, вращаются быстро, а более далекие — медленно, что кажется логичным следствием ослабевания притяжения звезды. В других галактиках внешние области вращаются без снижения скорости — как будто их раскручивает невидимая масса (темная материя).
Это открытие перевернуло космологию и, как следствие, всю физику. писалиОценить скорость вращения звезд в других галактиках оказалось легче, чем в нашей собственной.
Наблюдение за большим объектом изнутри затруднено: например, пыль и газ вместе с центральной частью Галактики скрывают от нас другие ее части. Узнать, что находится за ней, прямо не представляется возможным. Революцию в этом вопросе произвел только запущенный 10 лет назад космический телескоп «Гайя», работающий в точке Лагранжа в полутора миллионах километров от Земли. Он может наблюдать более миллиарда звезд — рекордный показатель в истории астрономии. Но обработка такого объема данных занимает много времени и трудна.
Поэтому только сейчас в журнале Astronomy and Astrophysics вышла статьяНовая работа суммирует данные «Гайи» о скоростях вращения звезд в диске Млечного Пути, основываясь на ранее опубликованных наблюдениях и исследованиях. Авторы статьи построили кривые, демонстрирующие скорости вращения звезд в разных областях нашей галактики. Поскольку эти скорости определяются гравитацией, влияющей на звезды, по ним можно определить реальную массу Млечного Пути, что до сих пор являлось предметом споров.
Работа принесла два больших сюрприза. Во-первых, оказалось, что Млечный Путь не показывает ускоренного вращения краев диска, как почти все достаточно изученные спиральные галактики, кроме нашей. На расстоянии от 63 до 86 тысяч световых лет от центра Млечного Пути скорость вращения звезд вокруг галактического центра падает в среднем на 30 километров в секунду. Это не так мало: например, Солнце вращается со скоростью 230 километров в секунду. Фактически убывание скоростей вращения звезд нашей Галактики выглядит как «кеплеровское замедление», сходное с тем, что видно для внешних планет Солнечной системы. И не наблюдаемое пока в других галактиках Вселенной.
Это не означает отсутствия темной материи у нас. Согласно расчетам авторов новой работы, её здесь втрое больше, чем обычной. Проблема в том, что для других спиральных галактик это соотношение — шесть к одному, то есть вдвое больше.
Второй большой сюрприз: масса Млечного Пути равна примерно 200 миллиардам масс Солнца. Это в пять раз меньше прошлых общепринятых оценок (триллион солнечных масс) и заметно меньше, чем у других спиральных галактик тех же размеров, наблюдаемых астрономами. Следовательно, оценки масс галактик-спутников Млечного Пути (например, Большого Магелланова облака) нужно пересматривать «вниз».
Исследователи обнаружили, что Млечный Путь по массе вещества необычайно редок. Почему так происходит, пока неизвестно.
Ученые выдвигают предположение, что наша Галактика после 8-10 миллиардов лет назад почти не подвергалась крупным слияниям и поглощениям других галактик. В то же время большинство других наблюдаемых спиральных галактик пережили крупные слияния до шести миллиардов лет назад. Возможно, небольшое количество поздних слияний и малая масса темной материи в нашей Галактике связаны с отличием ее структуры рукавов от большинства наблюдаемых спиральных галактик.
Есть другое объяснение: программа «Гайя» применяет различные методы для определения скоростей движения галактик. Если в работе программы возникли ошибки, то новые данные о массе и скоростях звёзд в Млечном Пути также могут быть неточными. Такой вариант ничуть не менее удивителен, чем первый, поскольку астрономы основывались на точности цифр «Гайя» при выводах последних лет.
Если цифры «Гайи» верны, то гипотеза модифицированной ньютоновской динамики (МОНД) ошибочна. Модифицированная ньютоновская динамика — теория, которая предполагает разную силу гравитации на разных расстояниях. Это объяснение полностью противоречит современной физической картине мира, основанной на теории относительности, с которой несовместимо такое понимание.
Модель MOND была популярной из-за возможности объяснить быстрое вращение дисков других галактик, минуя поиск темной материи. Но если в нашей Галактике нет ускоренного вращения периферии диска, а наблюдается кеплеровское замедление звезд, то модель MOND неверна: гравитация не может везде ослабевать с расстоянием, кроме Млечного Пути.
Другие подходы, касающиеся темной материи, получили серьезное подтверждение благодаря новым исследованиям. Количество темной материи в разных галактиках может варьироваться по гипотезам о ее природе. Осталось определить правдивую: основанная на данных гравитационного телескопа LIGO или альтернативная.