Amikor egy kis galaxis túl közel esik a Tejúthoz, a nagyobb galaxisunk gravitációja behurcolja azt. A gáz és a csillagok átszakadnak az áthaladó galaxistól, amikor befelé esik a végzete felé, anyagáramot hozva létre, amely a galaktikus pár között húzódik. Ezek a patakok továbbra is elszakítják a csillagokat, amíg a bejövő tárgy teljesen el nem merül. Az összefonódás befejezése után a felfalott tárgynak egyetlen fennmaradó jele a Tejúton keresztülcsúszó csillagfolyások, egy kis minta a galaxisból már rég elment csillagokból.
Amellett, hogy a múlté nyilvántartása, ezeknek a patakoknak az első közvetlen bizonyítékai lehetnek a sötét anyag kisebb léptékű csoportjai számára - a megfoghatatlan anyag, amelyről úgy gondolják, hogy az univerzum összes anyagának 85% -át adja. A csillagok nyomának közelmúltbeli elemzése azt mutatja, hogy az utóbbi néhány százmillió évben egy sűrű objektummal interakcióba lépett. A legvalószínűbb gyanúsítók kizárása után a kutatók megállapították, hogy a patak viszonylag nemrégiben kialakult hézagát a sötét anyag apró halmaza okozhatja. Ha megerősítést nyernek, ennek a csillagáramnak az örvényei segítenek a tudósoknak a sötét anyaggal kapcsolatos versengő elméletek rendezésében, és talán még közelebb kerülnek a titokzatos anyag jellemzőihez.
A GD-1 néven ismert csillagáram egy vékony anyagáram, amely a Galaktikus halo belsejében van, amely a Tejút korongját körülvevő csillagok és gázok laza gyűjteménye. A csillagászok az Európai Űrügynökség Gaia űrteleszkópjáról, amely a Tejút csillagok valaha készült legmagasabb részletességű térképének összeállításán dolgozik, tavaly áprilisban közzétett adatok felhasználásával pontos helymeghatározási adatokat használtak a csillagok GD-ben történő mozgásának rekonstruálására. -1. Anyagfelhőktől elszakadva a patak az objektum utolsó maradványa, amelyet galaxisunk valószínűleg elfogyasztott az elmúlt 300 millió évben - egy szemhéjcsillag csillagászati időmérőn.
Az ESA Gaia űrmegfigyelő intézetének művészi renderelete, egy csillagmérő távcső, mely a csillagok helyzetének és mozgásának mérésére szolgál. (ESA / NASA) Gaia két apró szünetet talált a patakban, az első egyértelmű megfigyelése a csillagfolyamban megjelenő résekről, valamint egy sűrű csillaggyűjteményt, amelyet spurnak hívtak. Ezek a tulajdonságok együttesen azt sugallják, hogy egy kicsi, de hatalmas tárgy felrázta a patak anyagát.
"Szerintem ez az első közvetlen dinamikus bizonyíték a sötét anyag kismértékű szerkezetére" - mondja Adrian Price-Whelan, a New York-i Flatiron Intézet csillagásza. Ana Bonaca-val a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központból együttműködve az Price-Whelan megvizsgálta a GD-1 új felépítésű struktúráit, hogy meghatározzák azok forrását, és az eredményeket az év elején bemutatta az Amerikai Csillagászati Társaság téli ülésén.
**********
Körülbelül 33 000 fényévnél (10 kiloparsek) a GD-1 a leghosszabb csillagfolyam a galaktikus haloban. Míg Price-Whelan és munkatársai modellek segítségével bebizonyíthatták, hogy az egyik rés a patak generálása során keletkezett, a másik rés rejtély maradt. A puzzle mellett Gaia azonban egy megoldást is feltárt: az ösztönzést.
Amikor egy objektum elhalad egy csillagfolyamon vagy áthalad az útján, ez megbontja a csillagokat. A Price-Whelan összehasonlítja a zavart egy erős légárammal, amely fúj a vízfolyáson. A víz vagy a csillagok kifelé hullnak a zavaró útja mentén, rést képezve. Egyesek olyan gyorsan mozognak, hogy elmenekülnek a patakból, és az űrbe repülnek, örökre elvesztek. Mások visszahúzódnak a patakba, hogy örvényszerû funkciókat képezzenek, amelyeket a csillagászok sarkoknak hívnak. Néhány száz millió év után a legtöbb sarkantyú visszaolvad a patakba, és csak a rés marad fenn, bár néhányuk hosszabb életű is lehet.
A csillagfolyások struktúráinak észlelésekor az Price-Whelan a GD-1-et "Goldilocks-pataknak" nevezi, mert éppen a megfelelő helyen van. A GD-1 a Tejút csillagjain belül helyezkedik el, de az ellenkező irányba halad, így a csillagászok könnyebben választhatják meg a patakban lévő csillagokat a környező tárgyaktól. "Bármely adott helyen eltérően mozog, mint az égnek ezen a részén lévő többi csillag többsége" - mondja Price-Whelan.
A kutatók modellezték, hogy milyen típusú tárgyak felelősek a GD-1-ben észlelt viszonylag újszülött szellemért. Megállapították, hogy a felelős tárgynak a nap tömegének körülbelül egymillió és egymilliószorosának megfelelő tömegűnek kell lennie. Csak kb. 65 fényév (20 pc) hosszúságot nyújtva a tárgy hihetetlenül sűrű lett volna. A patak és a sűrű tárgy közötti interakció valószínűleg az unió 13, 8 milliárd éves élettartama alatt az elmúlt néhány száz millió évben megtörtént volna.
A galaxisunk, a Tejút diagramja. (NASA / JPL-Caltech / R.. Hurt (SSC / Caltech)) A sötét anyag nem az egyetlen tárgy, amely megzavarhatta a csillagáramot. A közelben hulló gömbös klaszter vagy törpe galaxis szintén létrehozhatta a rést és a lendületet. Price-Whelan és kollégái minden ismert ilyen tárgy felé fordultak, és kiszámították a pályájukat, és úgy találták, hogy az elmúlt milliárd évben egyik sem volt olyan közel a GD-1-hez, hogy felrázza a dolgokat. Az ősi fekete lyukkal való véletlenszerű találkozás elküldheti a patak csillagai repülését, de ez rendkívül ritka esemény lett volna.
A sötét anyag szimulációk szerint, amelyek lehetővé teszik a kis struktúrákat, a sötét anyag magjai szétszórtak a galaxisokon, például a Tejút útján. A GD-1-hez hasonló patakban várhatóan legalább egy ilyen mag találkozik az elmúlt 8 milliárd évben, ezáltal a sötét anyag sokkal valószínűbb perturberré válik a találkozási arány alapján, mint bármely más tárgy esetén.
**********
A világegyetem tömegének legnagyobb részét a sötét anyag teszi ki, de ezt még soha nem figyelték meg közvetlenül. A létezés két vezető elmélete a meleg sötét anyag modellje és a Lambda hideg sötét anyag modell (ΛCDM), amelyet a legtöbb tudós előnyben részesít. ΛCDM alatt a sötét anyag csomókat képez, amelyek lehetnek olyan nagyok, mint egy galaxis, vagy olyan kicsik, mint egy szódakanna. A meleg sötét anyag modellek azt sugallják, hogy az anyag kevésbé masszív részecskékkel rendelkezik, és hiányzik a doboz méretű szerkezete, amelyet az ΛCDM modell javasol. A sötét anyag kisméretű szerkezetére vonatkozó bizonyítékok megtalálása segíthet bizonyos modellek eltávolításában, és a kísérteties dolgok néhány jellemzőjének szűkítéséhez.
"A patakok lehetnek az egyetlen útvonalak, amelyek segítségével [a] sötét anyag csinálásának legkisebb tömegű végét tanulmányozhatjuk" - mondja Price-Whelan. "Ha azt akarjuk, hogy megerősítsük, elutasítsuk vagy kizárjuk a sötét anyag különféle elméleteit, akkor valóban tudnunk kell, mi történik a [alacsony] végén."
Gaia adatai segítettek azonosítani a kanyargós csillagokat, de nem elég részletesek ahhoz, hogy összehasonlítsák a sebességbeli különbségeket közöttük és a patakban lévő csillagok között, ami megerősítheti, hogy a sötét anyag zavarja a szerkezetet. Price-Whelan és kollégái a NASA Hubble Űrtávcsőjével kívánják tovább tanulmányozni a halvány csillagok mozgását a GD-1-ben. Noha a Gaia megnyitotta az utat a csillagok Tejút utáni mozgásának széles körű vizsgálatára, Price-Whelan szerint nem tud versenyezni a HST-vel, ha nagyon halvány csillagokról van szó. "Sokkal mélyebben fúrhat, ha van egy külön teleszkópja, mint például a Hubble" - mondja.
A patak és a kanyar csillagok mozgásának különbségei segíthetnek a csillagászoknak meghatározni, hogy mennyi energiát szállít a zavaró tárgy, és lehetővé teszik a kutatók számára, hogy kiszámítsák a pályáját. Ezek az információk felhasználhatók a zavaró sötét anyagcsomó nyomon követésére és annak közvetlen környezetének tanulmányozására.
A csillagászok a GD-1 mélyebb tanulmányozása mellett azt tervezik, hogy ugyanazokat a technikákat alkalmazzák, amelyeket a Gaia adatai lehetővé tesznek a Tejút körülvevő több mint 40 patak közül néhányra. A más patakok ösztönzése és réseinek észlelése és a sötét anyaghoz való hozzákapcsolása tovább javíthatja megértésünket arról, hogy a titokzatos anyag hogyan működik együtt a látható galaxissal.
A sötét anyag rejtélyének évtizedes rejtélye után a GD-1-hez hasonló csillagfolyásokban megjelenő rések és rések végül segíthetnek felfedni az univerzum legnagyobb részét alkotó anyag titkait. "Ez az egyik legizgalmasabb dolog, ami a Gaiából származik" - mondja Price-Whelan.
