В нашей галактике есть «темный импактор», оставляющий за собой дыры. Мы не можем увидеть его. Не похоже, что он сделан из привычной нам материи. Наши телескопы не обнаружили его при прямом наблюдении. Но высока вероятность, что он на самом деле существует.
Свидетельство Бонаки о темном импакторе, которое она представила 15 апреля на конференции Американского физического общества в Денвере, представляет собой серию дыр в самом длинном звездном потоке нашей галактики — GD-1. Звездные потоки — это линии из звезд, движущихся вместе по галактике, которые часто берут начало в меньших скоплениях звезд, столкнувшихся с рассматриваемой галактикой. Звезды в GD-1, остатки шарового скопления, которое давно погрузилось в Млечный путь, растянуты длинной линией по нашему небу.
В нормальных условиях звезды в таком потоке должны находиться более-менее равномерно, вытянутые в линию гравитацией нашей галактики, сказала Ана в своем выступлении. Астрономы ожидали, что в потоке будет один разрыв, в том месте, где было первоначальное шаровое скопление до того, как его звезды разлетелись в двух направлениях. Но Бонака показала, что GD-1 имеет второй разрыв. И этот разрыв имеет неровный край — область, которую она назвала «отрогом» GD-1, как будто что-то огромное не так давно пролетело через поток, «волоча» за собой звезды благодаря своей огромной гравитации. Похоже, в GD-1 попала невидимая пуля.
На этом изображении из презентации Бонаки показана самая подробная карта звездного потока GD-1, показывающая видимый второй разрыв и отрог.
«Мы не можем сопоставить [импактор] с каким-либо светящимся объектом, который мы наблюдали», — сказала Бонака. «Он гораздо массивнее любой звезды... примерно в миллион раз больше Солнца. Так что звезд с такой массой просто нет. Мы можем исключить такую возможность. И если бы это была черная дыра, то это была бы сверхмассивная черная дыра, подобная той, которая находится в центре нашей галактики».
Конечно, не исключено, что в нашей галактике есть вторая сверхмассивная черная дыра, сказала Бонака. Но мы ожидаем увидеть некоторые признаки этого, такие как вспышки или излучение от ее аккреционного диска. И, к тому же, большинство крупных галактик имеют только одну сверхмассивную черную дыру в центре.
Вверху — реальное изображение GD-1. Внизу — компьютерная модель.
Без гигантских ярких объектов, видимых рядом с GD-1, и без признаков второй скрытой сверхмассивной черной дыры в нашей галактике, единственным очевидным вариантом остается большое скопление темной материи. Но, конечно, это не означает, что объект определенно на 100% сделан из темной материи, сказала Бонака.
«Может быть, что это просто быстрый светящийся объект, который куда-то улетел, и он сейчас прячется где-то в галактике», — добавила она. Но это кажется маловероятным, отчасти из-за масштаба объекта. «Мы предполагаем, что он 10-20 парсеков [30-65 световых лет] в поперечнике», — сказала она. «Это сравнимо с размерами шарового скопления, в которое может входить сотни звезд».
Вверху — реальное изображение GD-1, внизу — компьютерная модель после столкновения этого звездного потока с телом в 5 миллионов масс Солнца, имеющим радиус 10 парсек и движущимся со скоростью в 250 км/c.
Но трудно полностью исключить светящийся объект, отчасти потому, что исследователи не знают, как быстро он двигался во время удара. «Возможно, он двигался очень быстро, но не был так массивен, как ожидалось — настоящая темная пуля», — сказала Бонака. «Или он двигался медленно, но был очень массивным — что-то вроде темного молота». Без ответа на этот вопрос невозможно точно говорить о природе данного объекта. Тем не менее, возможность найти космическое тело, состоящее из темной материи, не может не интриговать.
Сейчас исследователи не знают, что такое темная материя. Видимое вещество, из которого состоит наша вселенная, не позволяет объяснить все наблюдения. Одна только видимая материя не может удержать галактику от разлета. Поэтому большинство физиков считают, что есть что-то еще, что-то невидимое. Есть много разных мнений о том, из что это, но ни одна из попыток непосредственно обнаружить темную материю с Земли еще не сработала.
Этот плотный шарик из невидимого чего-то, летящий сквозь наш Млечный Путь, предлагает физикам новое доказательство того, что темная материя может быть реальной. И это показывает, что темная материя действительно существует в виде «комков», что сходится с большинством теорий, предсказывающих ее поведение.
Если темная материя «комковата», то она сконцентрирована в неправильных кусках, распределенных равномерно по галактикам — это схоже с видимой материей, которая сконцентрирована в звездах и туманностях. С другой стороны, существуют альтернативные теории, в том числе те, которые предполагают, что темной материи вообще не существует — есть лишь ее эффекты, равномерно распределенные по галактикам.
Открытие Бонаки является единственным в своем роде, настолько новым, что оно еще не было опубликовано в рецензируемых журналах, хотя и было с энтузиазмом встречено научным сообществом на престижной конференции.
Чтобы осуществить эту работу, Ана полагалась на данные миссии Gaia, программы Европейского Космического Агентства по картографированию миллиардов звезд в нашей галактике и их перемещений по небу. Результатом миссии стало формирование лучшего из существующих каталогов звезд, куда входит и звездный поток GD-1.
Бонака подкрепила эти данные наблюдениями, проведенными с помощью Многозеркального телескопа в Аризоне, который показал, какие звезды движутся к Земле, а какие удаляются. Это помогло отличить звезды, которые действительно движутся в потоке GD-1, от тех, которые просто находятся рядом с ним на небе. Эта работа создала самый точный образ GD-1, который показал второй разрыв, отрог и ранее невидимую область звездного потока.
В будущем, сказала Бонака, она хочет сделать больше картографических проектов, чтобы выявить другие области неба, где что-то невидимое искажает траектории близлежащих звезд. По ее словам, конечная цель состоит в том, чтобы нанести на звездную карту скопления темной материи по всему Млечному пути.