I satelliti della Via Lattea aiutano a rivelare il legame tra aloni di materia oscura e formazione di galassie

I satelliti della Via Lattea aiutano a rivelare il legame tra aloni di materia oscura e formazione di galassie

I satelliti della Via Lattea aiutano a rivelare il legame tra aloni di materia oscura e formazione di galassie

Proprio come il sole ha pianeti e i pianeti hanno lune, la nostra galassia ha galassie satellitari e alcune di queste potrebbero avere galassie satellitari più piccole. Vale a dire, si ritiene che la Grande Magellanic Cloud (LMC), una galassia satellitare relativamente grande visibile dall’emisfero australe, abbia portato con sé almeno sei delle sue galassie satellitari quando si avvicinò per la prima volta alla Via Lattea, sulla base di recenti misurazioni da la missione Gaia dell’Agenzia spaziale europea.

Gli astrofisici credono che la materia oscura sia responsabile di gran parte di quella struttura, e ora i ricercatori del National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell’Energia e il Dark Energy Survey hanno attinto alle osservazioni di deboli galassie intorno alla Via Lattea per porre vincoli più stretti sulla connessione tra dimensione e struttura delle galassie e degli aloni della materia oscura che li circondano. Allo stesso tempo, hanno trovato più prove dell’esistenza delle galassie satellitari LMC e hanno fatto una nuova previsione: se i modelli degli scienziati sono corretti, la Via Lattea dovrebbe avere altre 150 o più galassie satellitari molto deboli in attesa di essere scoperte dal prossimo- progetti di generazione come il Legacy Survey of Space and Time dell’Osservatorio di Vera C. Rubin.

Il nuovo studio, di prossima pubblicazione sull’Astrophysical Journal e disponibile qui come prestampa, fa parte di uno sforzo più ampio per capire come la materia oscura funzioni su scale più piccole della nostra galassia, ha affermato Ethan Nadler, primo autore dello studio e studente universitario presso il Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC) e Stanford University.

“Sappiamo molto bene alcune cose sulla materia oscura – quanta materia oscura c’è, come si raggruppa – ma tutte queste affermazioni sono qualificate dicendo, sì, è così che si comporta su scale più grandi delle dimensioni della nostra gruppo locale di galassie “, ha detto Nadler. “E poi la domanda è: funziona sulle scale più piccole che possiamo misurare?”

La luce delle galassie lucenti sulla materia oscura

Gli astronomi sanno da tempo che la Via Lattea ha galassie satellitari, inclusa la Grande Nuvola Magellanica, che può essere vista ad occhio nudo dall’emisfero australe, ma si pensava che il numero fosse circa una dozzina circa fino all’anno 2000. Da allora quindi, il numero di galassie satellitari osservate è aumentato drammaticamente. Grazie allo Sloan Digital Sky Survey e alle scoperte più recenti di progetti tra cui il Dark Energy Survey (DES), il numero di galassie satellitari conosciute è salito a circa 60.

Tali scoperte sono sempre eccitanti, ma ciò che forse è più eccitante è ciò che i dati potrebbero dirci sul cosmo. “Per la prima volta, possiamo cercare queste galassie satellitari su circa tre quarti del cielo, ed è davvero importante per diversi modi di apprendere sulla materia oscura e sulla formazione di galassie”, ha affermato Risa Wechsler, direttore del KIPAC. L’anno scorso, ad esempio, Wechsler, Nadler e colleghi hanno usato i dati sulle galassie satellitari insieme a simulazioni al computer per porre limiti molto più severi alle interazioni della materia oscura con la materia ordinaria.

Ora, Wechsler, Nadler e il team DES stanno usando i dati di una ricerca completa su gran parte del cielo per porre domande diverse, inclusa quanta materia oscura ci vuole per formare una galassia, quante galassie satellitari dovremmo aspettarci di trovare intorno alla Lattea Modo e se le galassie possono portare i loro satelliti in orbita attorno ai nostri – una previsione chiave del modello più popolare di materia oscura.

Cenni di gerarchia galattica

La risposta a quest’ultima domanda sembra essere un clamoroso “sì”.

La possibilità di rilevare una gerarchia di galassie satellitari sorse per la prima volta alcuni anni fa quando DES rilevò più galassie satellitari in prossimità della Grande Nuvola Magellanica di quanto si sarebbero aspettati se quei satelliti fossero distribuiti casualmente in tutto il cielo. Queste osservazioni sono particolarmente interessanti, ha detto Nadler, alla luce delle misurazioni di Gaia, che indicavano che sei di queste galassie satellitari caddero nella Via Lattea con l’LMC.

Per studiare i satelliti dell’LMC in modo più approfondito, Nadler e il team hanno analizzato le simulazioni al computer di milioni di possibili universi. Quelle simulazioni, originariamente gestite da Yao-Yuan Mao, un ex studente laureato della Wechsler che ora è alla Rutgers University, modellano la formazione della struttura della materia oscura che permea la Via Lattea, inclusi dettagli come piccoli ammassi di materia oscura all’interno della Via Lattea che dovrebbero ospitare galassie satellitari. Per collegare la materia oscura alla formazione di galassie, i ricercatori hanno utilizzato un modello flessibile che consente loro di spiegare le incertezze nella comprensione attuale della formazione di galassie, inclusa la relazione tra la luminosità delle galassie e la massa di ammassi di materia oscura all’interno della quale si formano.

Uno sforzo guidato dagli altri nel team DES, tra cui gli ex studenti del KIPAC Alex Drlica-Wagner, un Wilson Fellow al Fermilab e un assistente professore di astronomia e astrofisica all’Università di Chicago, e Keith Bechtol, assistente professore di fisica al L’Università del Wisconsin-Madison e i loro collaboratori hanno prodotto il passaggio finale cruciale: un modello in cui le galassie satellitari hanno più probabilità di essere viste dalle indagini attuali, data la loro posizione nel cielo e la loro luminosità, dimensione e distanza.

Con questi componenti in mano, il team ha eseguito il proprio modello con una vasta gamma di parametri e ha cercato simulazioni in cui oggetti simili a LMC caddero nell’attrazione gravitazionale di una galassia simile alla Via Lattea. Confrontando questi casi con le osservazioni galattiche, potrebbero inferire una serie di parametri astrofisici, incluso il numero di galassie satellitari che avrebbero dovuto etichettare insieme all’LMC. I risultati, ha detto Nadler, erano coerenti con le osservazioni di Gaia: sei galassie satellitari dovrebbero attualmente essere rilevate nelle vicinanze dell’LMC, muovendosi all’incirca alle giuste velocità e all’incirca negli stessi punti precedentemente osservati dagli astronomi. Le simulazioni hanno anche suggerito che l’LMC si è avvicinato per la prima volta alla Via Lattea circa 2,2 miliardi di anni fa, in linea con le misurazioni ad alta precisione del movimento dell’LMC dal telescopio spaziale Hubble.

Galassie ancora invisibili

Oltre ai risultati dell’LMC, il team ha anche posto dei limiti alla connessione tra aloni di materia oscura e struttura della galassia. Ad esempio, nelle simulazioni che si avvicinavano di più alla storia della Via Lattea e dell’LMC, le galassie più piccole che gli astronomi potevano attualmente osservare dovrebbero avere stelle con una massa combinata di circa cento soli e circa un milione di volte più materia oscura. Secondo un’estrapolazione del modello, le galassie più deboli che si possano mai osservare potrebbero formarsi in aloni fino a cento volte meno massicci di quello.

E potrebbero esserci altre scoperte a venire: se le simulazioni sono corrette, ha detto Nadler, ci sono circa 100 altre galassie satellitari – più del doppio del numero già scoperto – che si aggirano intorno alla Via Lattea. La scoperta di quelle galassie aiuterebbe a confermare il modello dei ricercatori sui legami tra la materia oscura e la formazione di galassie, ha detto, e probabilmente metterebbe vincoli più stretti sulla natura della materia oscura stessa.

La ricerca è stata uno sforzo collaborativo nell’ambito del Dark Energy Survey, guidato dal gruppo di lavoro della Via Lattea, con contributi sostanziali da parte di membri junior tra cui Sidney Mau, uno studente dell’Università di Chicago, e Mitch McNanna, uno studente laureato presso UW-Madison. La ricerca è stata supportata da una Graduate Fellowship della National Science Foundation, dal Dipartimento di Scienze dell’Energia tramite SLAC e dalla Stanford University.


EO Nadler, RH Wechsler, K. Bechtol, Y. -Y. Mao, G. Green, A. Drlica-Wagner, M. McNanna, S. Mau, AB Pace, JD Simon, A. Kravtsov, S. Dodelson, TS Li, ​​AH Riley, MY Wang, TMC Abbott, M. Aguena, S. Allam, J. Annis, S. Avila, GM Bernstein, E. Bertin, D. Brooks, DL Burke, A. Carnero Rosell, M. Carrasco Kind, J. Carretero, M. Costanzi, LN da Costa, J. De Vicente, S. Desai, AE Evrard, B. Flaugher, P. Fosalba, J. Frieman, J. García-Bellido, E. Gaztanaga, DW Gerdes, D. Gruen, J. Gschwend, G. Gutierrez, WG Hartley, SR Hinton, K. Honscheid, E. Krause, K. Kuehn, N. Kuropatkin, O. Lahav, MAG Maia, JL Marshall, F. Menanteau, R. Miquel, A. Palmese, F. Paz-Chinchón, AA Plazas, E. Sanchez, B. Santiago, V. Scarpine, S. Serrano, M. Smith, M. Soares-Santos, E. Suchyta, G. Tarle, D. Thomas, TN Varga, AR Censimento via satellite via lattea – II. Vincoli di connessione Galaxy-Halo, incluso l’impatto della grande nuvola di Magellano . inviato ad arXiv , 2020 [ link ]

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