Они обнаружили, что созданные галактики очень крошечные, намного ярче и формируются быстрее, чем при типичном моделировании, которое не учитывает эти взаимодействия, вместо этого выявляя гораздо более слабые галактики.
Маленькие галактики, также называемые карликовыми галактиками, присутствуют по всей Вселенной, и часто считается, что они представляют собой самый ранний тип галактик. Таким образом, маленькие галактики особенно интересны ученым, изучающим происхождение Вселенной. Но маленькие галактики, которые они находят, не всегда соответствуют тому, что, по их мнению, они должны найти. Те, что ближе всего к Млечному Пути, вращаются быстрее или имеют меньшую плотность, чем при моделировании, что указывает на то, что в моделях могло быть что-то упущено, например, взаимодействие газа и темной материи.
Новое исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal Letters, улучшает моделирование, добавляя взаимодействия темной материи с газом, и обнаруживает, что эти слабые галактики, возможно, были намного ярче, чем ожидалось, на ранних этапах истории Вселенной, когда они только начинали формироваться. Авторы предполагают, что ученым следует попытаться найти маленькие галактики, которые намного ярче, чем ожидалось, с помощью телескопов, подобных телескопу Уэбба. Если они обнаружат только слабые галактики, то некоторые из их представлений о темной материи могут быть неверными.
Темная материя - это тип гипотетической материи, которая не взаимодействует с электромагнетизмом или светом. Таким образом, ее невозможно наблюдать с помощью оптики, электричества или магнетизма. Но темная материя действительно взаимодействует с гравитацией, и ее присутствие было выведено из гравитационного воздействия, которое она оказывает на обычную материю — вещество, из которого состоит вся наблюдаемая вселенная. Несмотря на то, что считается, что 84% вещества во Вселенной состоит из темной материи, она никогда не была обнаружена непосредственно.
Все галактики окружены обширным ореолом из темной материи, и ученые считают, что темная материя была необходима для их формирования. "Стандартная космологическая модель", которую астрофизики используют для понимания формирования галактик, описывает, как сгустки темной материи в самой ранней вселенной притягивали обычную материю под действием силы тяжести, вызывая образование звезд и создавая галактики, которые мы видим сегодня. Считается, что большинство частиц темной материи, называемых холодной темной материей, движутся намного медленнее скорости света, поэтому этот процесс накопления должен был происходить постепенно.
Но более 13 миллиардов лет назад, до образования первых галактик, обычная материя, состоящая из газообразных водорода и гелия, образовавшихся в результате Большого взрыва, и темная материя двигались относительно друг друга. Газ струился со сверхзвуковой скоростью мимо плотных зарослей более медленно движущейся темной материи, которая должна была втянуть его внутрь, образовав галактики.
"Действительно, в моделях, которые не учитывают потоковую передачу, именно это и происходит", - сказала Клэр Уильямс, докторантка Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и первый автор статьи. "Газ притягивается гравитационным притяжением темной материи, образует сгустки и узлы такой плотности, что может происходить синтез водорода, и таким образом образуются звезды, подобные нашему солнцу".
Но Уильямс и соавторы из команды проекта Supersonic, группы астрофизиков из США, Италии и Японии, возглавляемой профессором физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Смадаром Наозом, обнаружили, что если они добавят к моделированию эффект потока разной скорости между темной и обычной материей, газ попадет далеко от темной материи и не сможет сразу сформировать звезды.
Когда миллионы лет спустя скопившийся газ упал обратно в галактику, внезапно произошел мощный взрыв звездообразования. Поскольку в этих галактиках какое-то время было намного больше молодых, горячих, светящихся звезд, чем в обычных маленьких галактиках, они светились намного ярче.
"В то время как потоковое излучение подавляло звездообразование в самых маленьких галактиках, оно также усиливало звездообразование в карликовых галактиках, заставляя их затмевать участки Вселенной без потока", - сказал Уильямс.
"Мы предсказываем, что телескоп Уэбба сможет найти области Вселенной, где галактики будут ярче, усиленные этой скоростью. Тот факт, что они должны быть такими яркими, может облегчить телескопу обнаружение этих маленьких галактик, которые обычно чрезвычайно трудно обнаружить всего через 375 миллионов лет после Большого взрыва ".
Поскольку темную материю невозможно изучать напрямую, поиск ярких участков галактик в ранней вселенной мог бы предложить эффективную проверку теорий о темной материи, которая до сих пор была безрезультатной.
"Обнаружение участков маленьких ярких галактик в ранней вселенной подтвердило бы, что мы находимся на правильном пути с моделью холодной темной материи, потому что только скорость между двумя видами материи может создать галактику того типа, который мы ищем", - сказал Наоз, профессор астрофизики Говарда и Астрид Престон. "Если темная материя не ведет себя как стандартная холодная темная материя и эффект струящегося излучения отсутствует, то эти яркие карликовые галактики не будут обнаружены, и нам нужно вернуться к чертежной доске ".
Источник: The Astrophysical Journal Letters, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе
Информация о космосе также есть в сообществе в ВК https://vk.com/fotoastronomiya
На изображении:
Композиция Stephan's Quintet, визуальная группировка из пяти галактик, составленная из почти 1000 отдельных файлов изображений с космического телескопа Джеймса Уэбба. Астрофизики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе считают, что если теории холодной темной материи верны, телескоп Уэбба должен обнаружить крошечные яркие галактики ранней вселенной. Предоставлено НАСА.
Дополнительные материалы
