Карликовые галактики отклонились от стандартной космологической модели

В современной космологии есть достаточно труднорешаемый вопрос дефицита карликовых галактик. Дело в том, что звезды в краях галактических дисков имеют довольно большую скорость вращения вокруг центров галактик — широко известный эффект темной материи. По этим скоростям получается, что наш Млечный Путь при диаметре видимого диска в 100 тысяч световых лет должен быть погружен в сферическое гало из темной материи диаметром более 250 тысяч световых лет.

Однако в таком случае темная материя этого гало должна захватывать и удерживать много карликовых галактик-спутников — 500 штук в случае Млечного Пути. На практике вместо этого астрономы обнаружили только дюжину. Аналогичная картина наблюдается в других галактиках. Ясно, что это указывает на большие проблемы с нашим пониманием темной материи, но в чем именно заключаются проблемы — вопрос, который вызывает постоянные споры.

Часть физических теорий гласит, что причина этого — то, что в реальности карликовые галактики-спутники образуются только при наличии достаточно крупной черной дыры в центре, а поскольку подобные модели ограничивают конкретное число таких объектов на галактику нашей массы, то и никаких 500 галактик-спутников у нее быть не может. Но в рамках стандартной космологической модели наших дней таких ограничений нет, поэтому у нее проблема расхождения предсказаний теоретически предсказанного числа карликовых галактик и их наблюдаемого числа — одна из самых острых.

В новой работе, опубликованной в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, предложен достаточной свежий взгляд на проблему. Авторы исследования использовали наблюдения космического телескопа «Гайя», чтобы сравнить орбитальные энергии карликовых галактик-спутников. На такие энергии непосредственно влияет скорость движения галактики-спутника вокруг Млечного Пути. Одна из самых низких таких энергий наблюдается у карликовой эллиптической галактики в Стрельце (ближайшей к нам из всех спутников). По ее динамике понятно, что она стала спутником примерно пять-шесть миллиардов лет назад.

А вот у спутников с более удаленной от нашей Галактики орбитой ситуация с орбитальной энергией иная: она много выше, чем у упомянутой эллиптической галактики в Стрельце. У многих из них скорости звезд показывают очень широкое распределение, указывающее на серьезную нестабильность этих галактик. Исходя из этого, исследователи попробовали оценить время, когда они стали спутниками Млечного Пути. Расчеты показали цифру существенно ниже трех миллиардов лет. При этом никаких действительно древних — более шести миллиардов лет — карликовых спутников найти не удалось.

Между тем, если исходить из стандартной космологической модели, гало из темной материи должно обеспечивать накопление таких спутников как минимум за последние 10 миллиардов лет. Получается, более ранние спутники куда-то делись — авторы предположили, что они разрушились из-за динамической нестабильности, вызванной взаимодействием с газом и гравитацией Млечного Пути и его окрестностей.

Проблема этого решения в том, что оно практически исключает возможность наличия заметных количеств темной материи в карликовых галактиках. Если бы она там была, то стабилизировала бы галактики-спутники и не позволяла им разрушаться со временем. Это достаточно необычный вывод, поскольку в стандартной космологической модели совершенно неясно, за счет чего сразу множество галактик как минимум в наших окрестностях могут быть свободными от темной материи. Более того: такая модель неизбежно ставит вопрос о том, где в таком случае множество предсказанных ею карликовых галактик-спутников — примерно 500 в случае Млечного Пути. Если раньше казалось, что их была дюжина, то теперь это число приближается к нулю, усугубляя проблему карликовых галактик в космологии.