Согласно результатам моделирования пятнадцати тысяч звездных потоков, значительная их часть демонстрирует разрывы, изгибы, ответвления и другие сложные конфигурации даже без взаимодействия с субгало темной материи – подобные особенности могут возникать вследствие изменений неоднородности галактики. В связи с этим, деформированная форма звездного потока не может служить достоверным индикатором наличия этой таинственной субстанции.

Звездные потоки представляют собой вытянутые цепочки звезд, формирующиеся в результате разрушения шаровых скоплений или карликовых галактик и впоследствии вращающиеся вокруг центральной части галактики, постепенно удлиняясь вдоль орбиты под воздействием приливных сил. Астрономы проявляют особый интерес к этим структурам, поскольку их форма может быть подвержена влиянию гравитации.

Двигаясь в гравитационном поле галактики, поток отражает распределение массы, находящейся вокруг него. Встреча с массивным объектом может вызвать изменение траектории звезд и нарушение целостности структуры потока из-за его притяжения. Ученые уже продолжительное время рассматривают эти системы как естественные «индикаторы» темной материи – гипотетической невидимой субстанции, составляющей приблизительно 27 процентов плотности массы-энергии Вселенной.

Данная субстанция не испускает и не отражает свет, а также не взаимодействует с другими частицами напрямую. Однако ее можно обнаружить по косвенным признакам, таким как гравитационное воздействие на видимую материю.

Согласно современным космологическим моделям, каждая крупная галактика окружена областью, состоящей из темной материи, известной как гало. В пределах этого гало могут существовать отдельные небольшие концентрации скрытой массы, которые получили название субгало.

Проходя вблизи звездного потока, гравитационное воздействие субгало способно изменять траектории движения звезд, что может приводить к образованию разрывов, изгибов и выступов. Астрономы надеялись использовать подобные аномалии для опосредованного изучения распределения темной материи.

Международная группа астрономов во главе с Арпитом Аророй ( Arpit Arora) из Вашингтонского университета в Соединенных Штатах поставила перед собой вопрос: какие доказательства подтверждают, что подобные «следы» не могут быть результатом гравитационного поля самой галактики? В составе галактики присутствуют компоненты, способные оказывать влияние на гравитацию, и поэтому гипотетически звездный поток может демонстрировать ряд характерных особенностей. Таким образом, структура, интерпретируемая как признак субгало, вполне может быть обычным следствием движения потока в сложном гравитационном поле.

Для изучения данного вопроса Арора совместно с его командой осуществил компьютерное моделирование. В рамках исследования было смоделировано пятнадцать тысяч звездных потоков в четырех виртуальных галактиках, по массе сопоставимых с Млечным Путем. Эти галактики включали как относительно стабильные системы, так и те, что подвергались слияниям с объектами, сравнимыми по массе с Большим Магеллановым Облаком или карликовой галактикой Стрелец.

Каждый звездный поток был представлен десятью тысячами тестовых частиц, за чьей эволюцией наблюдалось в течение пяти миллиардов виртуальных лет.

В процессе моделирования было решено не учитывать воздействие небольших возмущающих объектов, которые могли бы целенаправленно изменять или деформировать звездный поток, таких как сгустки темной материи и молекулярные облака. Вместе с тем, в расчет принималось меняющееся во времени гравитационное поле галактики-хозяина, охватывающее диск, гало, спиральные рукава и другие структуры. Целью исследования было определение того, как будет выглядеть звездный поток в реалистичной галактике при исключении влияния субгало темной материи.

В результате анализа пятнадцати тысяч смоделированных потоков отсутствием каких-либо заметных деформаций или других характерных признаков был отмечен лишь незначительный их процент – около семидесяти, что составляет примерно 74 процента от общего числа. В некоторых случаях звездные потоки оказались практически полностью разрушенными.

Причиной этих модификаций обнаружили в особенностях структуры галактики-хозяина. Ее гравитационное поле подвержено изменениям с течением времени: на его состояние оказывают влияние, среди прочего, галактический диск, расположенные поблизости галактики и неравномерное распределение звездных объектов. При прохождении потока через участки неоднородного гравитационного поля наблюдаются незначительные отклонения в траекториях. В результате одни сегменты вытягиваются, другие изгибаются или расходятся.

Наиболее выраженные искажения в модели формировались у потоков, орбиты которых располагались на расстоянии менее 15 килопарсек от центра галактики. В этой области на них оказывалось более интенсивное воздействие сложного и динамически изменяющегося гравитационного поля, что приводило к частому появлению изгибов, разрывов и других характерных признаков.

Полученные данные имеют важное значение для метода поиска темной материи. Если деформация может быть вызвана самой галактикой, то одного лишь обнаружения подобной структуры недостаточно для установления связи с концентрацией невидимой субстанции.

Авторы научной работы не утверждают, что звездные потоки больше непригодны для поиска темной материи. Они полагают, что перед использованием их характеристик в подобных исследованиях необходимо научиться различать изменения, обусловленные гравитационным полем галактики, и признаки, потенциально связанные с субгало темной материи.

Выводы исследователей представлены в The Astrophysical Journal.