На окраинах Млечного Пути могут скрываться сотни «невидимых» галактик — спутников. К такому выводу астрофизики пришли, смоделировав рождение самых тусклых карликовых систем во Вселенной.
Теперь ученые смогут понять, сколько на самом деле галактик окружают Млечный Путь, а также проверить теории о темной материи и первых этапах космической истории.
Карликовые галактики — одни из самых маленьких и древних известных галактических структур. Многие из них содержат совсем немного звезд, иногда всего несколько сотен или тысяч. При этом они почти полностью состоят из темной материи и считаются идеальными лабораториями для изучения невидимой массы Вселенной и формирования первых светил, рожденных вскоре после Большого взрыва.
Нашу галактику, как известно, окружает множество малых и зачастую незаметных спутников. Причем за последние двадцать лет их количество резко возросло: от нескольких «классических» карликов до примерно 65 подтвержденных объектов. Особенно интересны так называемые «невидимые» системы — чрезвычайно тусклые галактики, которые трудно заметить даже современными телескопами.
Как ранее мы писали, их количество может варьироваться от 80 до 100, однако некоторые исследователи полагают, что на деле их много больше. Отсюда также возникает вопрос: почему одни небольшие темные гало смогли сформировать звезды и стать галактиками, а другие так и остались полностью темными?
Чтобы проследить эволюцию 65 карликовых гало массой от десяти миллионов до пяти миллиардов масс Солнца, авторы новой научной работы разработали серию компьютерных симуляций LYRA. Разрешение модели оказалось настолько высоким, что исследователи смогли отслеживать формирование отдельных звездных систем массой всего порядка четырех солнечных. Подход позволил увидеть процессы, которые обычно теряются в более грубых космологических моделях.
Ключевым элементом исследования стало изучение раннего ультрафиолетового фона — так называемого излучения Лаймана-Вернера, которое существовало в ранней Вселенной еще до завершения эпохи реионизации. Напрямую водород оно не ионизирует, но разрушает молекулы H₂, играющие важную роль в охлаждении газа. Именно молекулярный водород помогает облакам терять тепло, сжиматься и запускать рождение звезд. Если же он разрушается, газ остается слишком теплым и разреженным, а звездообразование резко подавляется.
Ученые рассмотрели два сценария: в первом ранний фон был слабым, во втором — более интенсивным. Разница между ними проявилась уже на стадии формирования первых структур. При слабом излучении даже небольшие гало могли накапливать холодный газ и зажигать звезды. В более жестком сценарии порог резко сдвигался почти на порядок: для запуска звездообразования требовались куда более массивные системы.
Это означает, что немалая часть потенциальных карликовых галактик в ранней Вселенной могла просто не зажечься и до сих пор оставаться темной. На популяцию спутников Млечного Пути это влияет напрямую: их количество и распределение по яркости чувствительны к условиям, существовавшим, когда Вселенной было всего несколько сотен миллионов лет.
Симуляции также показали, что самые тусклые галактики имеют общий нижний предел звездной массы — около тысячи солнечных. Такие системы формируются очень быстро: они переживают всего один короткий всплеск звездообразования, после чего первые вспышки сверхновых выбрасывают газ из гравитационной ловушки, полностью останавливая дальнейшее рождение светил. Более массивные карликовые галактики при этом могут продолжать формировать звезды дольше и в целом лучше переживают эпоху реионизации.
Результаты работы, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 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.
Автор: Любовь Соколова