Záhada hvězdných proudů Mléčné dráhy vyřešena pomocí temné hmoty

Mezery pozorované v hvězdném proudu GD-1 Mléčné dráhy by mohly být způsobeny subhalo temné hmoty. Nový výzkum poukazuje na subhalo temné hmoty jako na architekta jedinečných útvarů ve hvězdném proudu GD-1, což může změnit paradigmata o chování a interakci temné hmoty v galaxiích.

Odhalení záhady GD-1
Fyzikové možná vyřešili dlouholetou záhadu hvězdného proudu GD-1, významného a dobře prozkoumaného útvaru v galaktickém halo Mléčné dráhy. GD-1 je známý svou dlouhou, štíhlou strukturou a neobvyklými útvary výběžků a mezer, které vědce po léta mátly.

Tým, který vedl Hai-Bo Yu z Kalifornské univerzity v Riverside předpokládá, že tyto charakteristické rysy jsou způsobeny kolabujícím jádrem samovolně interagující temné hmoty (SIDM) subhala. Toto subhalo, hustý satelit temné hmoty v galaktickém halo, by mohlo vysvětlit zvláštní vzorce hvězdného proudu.

Temná hmota a dynamika hvězd
Zjištění publikované 3. ledna 2025 v časopise The Astrophysical Journal Letters poskytuje nový pohled na chování temné hmoty a její roli při utváření vesmíru.

Hvězdný proud je skupina hvězd, které se společně pohybují po stejné trajektorii. Mezera označuje lokalizovanou nedostatečnou hustotu hvězd podél proudu, zatímco výběžek je nadměrná hustota hvězd vystupující z hlavního tělesa proudu. Vzhledem k tomu, že temná hmota řídí pohyb hvězdných proudů, mohou je astronomové využít ke sledování neviditelné temné hmoty v Galaxii.

Galaktické halo Mléčné dráhy, zhruba kulovitá oblast obklopující Galaxii, obsahuje temnou hmotu a sahá až za viditelný okraj naší Galaxie. Vizualizace známých hvězdných proudů v Mléčné dráze je znázorněna na úvodním obrázku.

Úloha SIDM v galaktických jevech
Astronomové zjistili, že rysy výběžků a mezer hvězdného proudu GD-1 nelze snadno připsat gravitačnímu vlivu známých kulových hvězdokup nebo satelitních galaxií Mléčné dráhy. Tyto rysy by však mohly být vysvětleny neznámým rušivým objektem, například působením subhala. Hustota tohoto objektu by však musela být výrazně vyšší, než jakou předpovídají tradiční subhala z chladné temné hmoty (CDM).

„Subhala CDM obvykle nemají takovou hustotu, aby vytvořily charakteristické rysy pozorované v proudu GD-1,“ vysvětlil Yu, profesor fyziky a astronomie. „Náš výzkum však ukazuje, že kolabující subhalo SIDM by mohlo dosáhnout potřebné hustoty. Takové kompaktní subhalo by mělo dostatečnou hustotu, aby mohlo působit gravitačním vlivem potřebným k vysvětlení pozorovaných perturbací v proudu GD-1.“

Pokroky ve výzkumu temné hmoty
Předpokládá se, že temná hmota, kterou nelze přímo pozorovat, tvoří 85 % hmoty ve vesmíru. Její povaha není dobře známa. CDM, převládající teorie temné hmoty, předpokládá, že částice temné hmoty jsou bez srážek. SIDM, teoretická forma temné hmoty, předpokládá, že částice temné hmoty na sebe vzájemně působí prostřednictvím nové temné síly. Yu a jeho tým ve své studii použili numerické simulace zvané simulace N-těles k modelování chování kolabujícího subhala SIDM.

„Výsledky našeho týmu nabízejí nové vysvětlení pozorovaných rysů výběžků a mezer v GD-1, které byly dlouho považovány za známku blízkého setkání s hustým objektem,“ řekl Yu. „V našem scénáři je tím rušivým elementem subhalo SIDM, které narušuje prostorové a rychlostní rozložení hvězd v proudu a vytváří charakteristické rysy, které pozorujeme v hvězdném proudu GD-1.“ Podle astronoma Yu tento objev rovněž poskytuje vhled do povahy samotné temné hmoty.

„Tato práce otevírá novou slibnou cestu ke zkoumání samointerakčních vlastností temné hmoty prostřednictvím hvězdných proudů,“ řekl Yu. „Znamená to vzrušující krok vpřed v našem chápání temné hmoty a dynamiky Mléčné dráhy.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/mystery-of-the-milky-ways-stellar-streams-solved-by-dark-matter/ a https://news.ucr.edu/articles/2025/01/06/physicists-explain-stellar-streams-distinctive-features-0

autor: František Martinek