الفلك

هل يمكننا حل مراكز مجرات درب التبانة التابعة الآن؟

هل يمكننا حل مراكز مجرات درب التبانة التابعة الآن؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

مجرتان قزميتان تابعتان لمجرتنا لهما قيم كبيرة $ frac { text {Diameter}} { text {مسافة}} $. وواحد منهم ، Canis Major Dwarf ، على بعد 8 كيلو قطعة ، وهو نفس المسافة إلى مركز المجرة.

هل يمكننا تحديد كتل الثقوب السوداء المركزية (حتى لو لم تكن ثقيلة) الآن؟ مثل Gillessen et al. في عام 2009 ، ربما يمكننا العثور على نجوم تدور حول ثقوبها السوداء المركزية.


التقطت مجرة ​​درب التبانة العديد من المجرات الصغيرة من جارتها

تصور المحاكاة المستخدمة في الدراسة. يظهر أعلى اليسار المادة المظلمة باللون الأبيض. يُظهر أسفل اليمين مجرة ​​محاكاة كبيرة تشبه سحابة ماجلان مع نجوم وغازات ، والعديد من المجرات المصاحبة الأصغر. الائتمان: إيثان جان ، جامعة كاليفورنيا ريفرسايد.

تظهر الأبحاث التي تقودها جامعة كاليفورنيا ريفرسايد أن مجرتنا تشهد اندماجًا هائلاً مع أكبر مجرة ​​تابعة لها ، وهي سحابة ماجلان الكبيرة.

تمامًا مثل القمر يدور حول الأرض ، والأرض تدور حول الشمس ، تدور المجرات حول بعضها البعض وفقًا لتوقعات علم الكونيات.

على سبيل المثال ، أكثر من 50 مجرة ​​تابعة مكتشفة تدور حول مجرتنا ، درب التبانة. أكبرها سحابة ماجلان الكبيرة ، أو LMC ، وهي مجرة ​​قزمة كبيرة تشبه سحابة خافتة في سماء نصف الكرة الجنوبي.

اكتشف فريق من علماء الفلك بقيادة علماء في جامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد ، أن العديد من المجرات الصغيرة - أو "القزمة" - التي تدور حول مجرة ​​درب التبانة من المحتمل أن تكون قد سُرقت من LMC ، بما في ذلك العديد من الأقزام شديدة السطوع ، ولكنها أيضًا ساطعة نسبيًا و مجرات الأقمار الصناعية المعروفة ، مثل كارينا وفورناكس.

قام الباحثون بالاكتشاف باستخدام البيانات الجديدة التي تم جمعها بواسطة تلسكوب Gaia الفضائي حول حركات العديد من المجرات القريبة ومقارنة ذلك بأحدث المحاكاة الكونية المائية. استخدم فريق جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد المواقع في السماء والسرعات المتوقعة للمواد ، مثل المادة المظلمة ، المصاحبة لـ LMC ، ووجدوا أن أربعة أقزام على الأقل وقزمان كلاسيكيان ، كارينا وفورناكس ، كانت تستخدم لتكون بمثابة أقمار صناعية لـ LMC. أفاد الباحثون أنه من خلال عملية الدمج المستمرة ، استخدمت مجرة ​​درب التبانة الأكثر ضخامة مجال جاذبيتها القوية لتمزيق LMC وسرقة هذه الأقمار الصناعية.

قالت لورا سيلز ، الأستاذة المساعدة للفيزياء وعلم الفلك ، "هذه النتائج هي تأكيد مهم لنماذجنا الكونية ، والتي تتنبأ بأن المجرات القزمة الصغيرة في الكون يجب أن تكون محاطة أيضًا بمجموعة من المجرات الأصغر حجمًا". فريق البحث. "هذه هي المرة الأولى التي نتمكن فيها من رسم خريطة للتسلسل الهرمي لتشكيل البنية لمثل هذه الأقزام الخافتة والضعيفة للغاية."

شوهدت لورا سيلز (يمين) ، أستاذة مساعدة في الفيزياء وعلم الفلك في جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد ، مع إيثان جان ، طالب الدراسات العليا. الائتمان: مجموعة المبيعات ، جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد

النتائج لها آثار مهمة على الكتلة الكلية لـ LMC وأيضًا على تكوين مجرة ​​درب التبانة.

قال سيلز: "إذا جاء العديد من الأقزام جنبًا إلى جنب مع LMC مؤخرًا ، فهذا يعني أن خصائص مجرة ​​درب التبانة كانت مختلفة جذريًا قبل مليار سنة فقط ، مما أثر على فهمنا لكيفية تشكل المجرات الضعيفة وتطورها".

تظهر نتائج الدراسة في عدد نوفمبر 2019 من الإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.

المجرات القزمية هي مجرات صغيرة تحتوي في أي مكان من بضعة آلاف إلى بضعة مليارات من النجوم. استخدم الباحثون المحاكاة الحاسوبية من مشروع التغذية الراجعة في البيئات الواقعية لإظهار LMC والمجرات المشابهة لها تستضيف العديد من المجرات القزمية الصغيرة ، وكثير منها لا يحتوي على نجوم على الإطلاق - فقط المادة المظلمة ، وهي نوع من المادة يعتقد العلماء أنها تشكل الجزء الأكبر من كتلة الكون.

"يبدو أن العدد الكبير من المجرات القزمة الصغيرة يشير إلى أن محتوى المادة المظلمة في LMC كبير جدًا ، مما يعني أن مجرة ​​درب التبانة تمر بأكبر عملية اندماج في تاريخها ، حيث جلبت LMC ، شريكها ، ما يصل إلى الثلث من الكتلة في هالة المادة المظلمة في مجرة ​​درب التبانة - هالة المواد غير المرئية التي تحيط بمجرتنا ، "قال إيثان جان ، المؤلف الأول للورقة البحثية وطالب دراسات عليا في مجموعة أبحاث المبيعات.

أوضح جان أن عدد المجرات القزمة الصغيرة التي تستضيفها LMC قد يكون أعلى مما قدر علماء الفلك سابقًا وأن العديد من هذه الأقمار الصناعية الصغيرة ليس لها نجوم.

وقال: "من الصعب قياس المجرات الصغيرة ، ومن المحتمل أن بعض المجرات القزمة فائقة الدقة المعروفة بالفعل مرتبطة في الواقع بـ LMC". "من الممكن أيضًا أن نكتشف دهانات فائقة الدقة مرتبطة بـ LMC."

يمكن أن تكون المجرات القزمة إما أقمارًا صناعية لمجرات أكبر ، أو يمكن أن تكون "معزولة" ، موجودة بمفردها ومستقلة عن أي جسم أكبر. أوضح جان أن LMC كانت معزولة ، لكن تم التقاطها بواسطة جاذبية مجرة ​​درب التبانة وهي الآن قمرها الصناعي.

وقال: "استضاف LMC ما لا يقل عن سبع مجرات ساتلية خاصة به ، بما في ذلك سحابة ماجلان الصغيرة في السماء الجنوبية ، قبل أن يتم التقاطها من قبل درب التبانة".

بعد ذلك ، سيدرس الفريق كيف تشكل الأقمار الصناعية لمجرات بحجم LMC نجومها وكيف يرتبط ذلك بكمية المادة المظلمة الموجودة لديهم.

قال جان: "سيكون من المثير للاهتمام معرفة ما إذا كانت تتشكل بشكل مختلف عن الأقمار الصناعية لمجرات تشبه درب التبانة".

انضم كل من Sales و Jahn في دراسة Andrew Wetzel من جامعة كاليفورنيا Davis Michael Boylan-Kolchin من جامعة تكساس في أوستن تي كيه تشان من جامعة كاليفورنيا في سان دييجو كريم البدري من جامعة كاليفورنيا في بيركلي وألكسندر لازار وجيمس بولوك من جامعة كاليفورنيا في إيرفين.

تم دعم البحث من خلال منح للمبيعات من وكالة ناسا ومؤسسة هيلمان.

المرجع: & # 8220 الأقمار الصناعية الداكنة والمضيئة لمجرات LMC-mass في محاكاة FIRE & # 8221 بواسطة Ethan D Jahn و Laura V Sales و Andrew Wetzel و Michael Boylan-Kolchin و TK Chan و Kareem El-Badry و Alexandres Lazar و James S Bullock ، 5 سبتمبر 2019، الإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.
DOI: 10.1093 / mnras / stz2457


تساعد مجرات مجرة ​​درب التبانة الساتلية في اختبار نظرية المادة المظلمة

أفاد فريق بحثي بقيادة علماء الفيزياء في جامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد ، أنه يمكن استخدام مجرات صغيرة تابعة لمجرة درب التبانة لاختبار الخصائص الأساسية "للمادة المظلمة" - مادة غير مضيئة يعتقد أنها تشكل 85٪ من المادة في الكون.

باستخدام عمليات محاكاة متطورة ، أظهر الباحثون أن نظرية تسمى المادة المظلمة ذاتية التفاعل ، أو SIDM ، يمكن أن تشرح بشكل مقنع توزيعات المادة المظلمة المتنوعة في Draco و Fornax ، وهما اثنتان من أكثر من 50 مجرة ​​تابعة لمجرة درب التبانة تم اكتشافها.

تشرح نظرية المادة المظلمة السائدة ، والتي تسمى المادة المظلمة الباردة ، أو CDM ، الكثير من الكون ، بما في ذلك كيفية ظهور الهياكل فيه. لكن التحدي الطويل الأمد لآلية التنمية النظيفة كان تفسير توزيعات المادة المظلمة المتنوعة في المجرات.

درس الباحثون ، بقيادة هاي-بو يو من جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد ولورا ف. سيلز ، تطور SIDM "subhalos" في "مجال المد والجزر" في مجرة ​​درب التبانة - التدرج في مجال جاذبية مجرة ​​درب التبانة الذي تشعر به مجرة ​​تابعة في شكل قوة المد والجزر. Subhalos عبارة عن كتل من المادة المظلمة تستضيف المجرات الساتلية.

قال يو ، الأستاذ المشارك في الفيزياء وعلم الفلك والفيزيائي النظري ذو الخبرة في خصائص الجسيمات للمادة المظلمة: "لقد وجدنا أن SIDM يمكن أن ينتج توزيعات متنوعة للمادة المظلمة في هالات Draco و Fornax ، بالاتفاق مع الملاحظات". "في SIDM ، يؤدي التفاعل بين subhalos ومد مجرة ​​درب التبانة إلى توزيعات أكثر تنوعًا للمادة المظلمة في المناطق الداخلية من subhalos ، مقارنةً بنظيراتها من آلية التنمية النظيفة."

Draco و Fornax لهما تطرفان متعاكسان في محتويات المادة المظلمة الداخلية. تمتلك دراكو أعلى كثافة للمادة المظلمة من بين المجرات التسع الساطعة التابعة لمجرة درب التبانة ، حيث تمتلك فورناكس أقلها كثافة. باستخدام القياسات الفلكية المتقدمة ، أعاد علماء الفيزياء الفلكية مؤخرًا بناء مساراتهم المدارية في مجال المد والجزر في درب التبانة.

قال يو: "كان التحدي الذي نواجهه هو فهم أصل توزيعات Draco و Fornax المتنوعة للمادة المظلمة في ضوء هذه المسارات المدارية المقاسة حديثًا". "لقد وجدنا أن SIDM يمكن أن يقدم تفسيرًا بعد تناول تأثيرات المد والجزر والتفاعلات الذاتية للمادة المظلمة."

تظهر نتائج الدراسة في رسائل المراجعة الفيزيائية.

لا تزال طبيعة المادة المظلمة غير معروفة إلى حد كبير. على عكس المادة العادية ، فهو لا يمتص الضوء أو يعكسه أو ينبعث منه ، مما يجعل من الصعب اكتشافه. يعد تحديد طبيعة المادة المظلمة مهمة مركزية في فيزياء الجسيمات والفيزياء الفلكية.

في آلية التنمية النظيفة ، يُفترض أن جسيمات المادة المظلمة عديمة الاصطدام ، وكل مجرة ​​تقع داخل هالة من المادة المظلمة تشكل سقالات الجاذبية التي تربطها ببعضها البعض. في SIDM ، يُقترح أن تتفاعل المادة المظلمة مع نفسها من خلال قوة مظلمة جديدة. يُفترض أن جزيئات المادة المظلمة تتصادم بقوة مع بعضها البعض في الهالة الداخلية ، بالقرب من مركز المجرة - وهي عملية تسمى التفاعل الذاتي للمادة المظلمة.

قال سيلز ، الأستاذ المساعد للفيزياء وعلم الفلك وعالم الفيزياء الفلكية ذو الخبرة في المحاكاة العددية لتشكيل المجرات: "يُظهر عملنا أن المجرات الساتلية في مجرة ​​درب التبانة قد توفر اختبارات مهمة لنظريات مختلفة عن المادة المظلمة". "نظهر التفاعل بين التفاعلات الذاتية للمادة المظلمة وتفاعلات المد والجزر يمكن أن تنتج توقيعات جديدة في SIDM غير متوقعة في نظرية آلية التنمية النظيفة السائدة."

استخدم الباحثون في عملهم المحاكاة العددية بشكل أساسي ، والتي تسمى "محاكاة الجسم N" ، وحصلوا على حدس قيم من خلال النمذجة التحليلية قبل تشغيل عمليات المحاكاة الخاصة بهم.

قال أوميد سامي ، وهو طالب دراسات عليا سابق في جامعة كاليفورنيا وعمل مع يو والمبيعات وهو الآن باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة تكساس في أوستن ، "تكشف عمليات المحاكاة لدينا ديناميكيات جديدة عندما يتطور SIDM subhalo في مجال المد والجزر". تشكيل المجرة. "كان يُعتقد أن ملاحظات Draco كانت غير متوافقة مع تنبؤات SIDM. لكننا وجدنا أن subhalo في SIDM يمكن أن ينتج كثافة عالية من المادة المظلمة لشرح Draco."

وأوضح قسم المبيعات أن SIDM تتوقع ظاهرة فريدة تسمى "الانهيار الأساسي". في ظروف معينة ، ينهار الجزء الداخلي من الهالة تحت تأثير الجاذبية وينتج كثافة عالية. وهذا مخالف للتوقع المعتاد بأن التفاعلات الذاتية للمادة المظلمة تؤدي إلى هالة منخفضة الكثافة. قالت المبيعات إن عمليات المحاكاة التي أجراها الفريق تحدد شروط حدوث الانهيار الأساسي في المنطقة الفرعية.

وقالت: "لشرح كثافة المادة المظلمة العالية لدراكو ، يجب أن يكون تركيز هالته الأولي عالياً". "يجب توزيع المزيد من كتلة المادة المظلمة في الهالة الداخلية. في حين أن هذا صحيح لكل من آلية التنمية النظيفة (CDM) و SIDM ، فإن ظاهرة انهيار النواة بالنسبة لـ SIDM يمكن أن تحدث فقط إذا كان التركيز مرتفعًا بحيث يكون النطاق الزمني للانهيار أقل من عمر الكون. من ناحية أخرى ، يمتلك Fornax سوبالو منخفض التركيز ، وبالتالي تظل كثافته منخفضة. "

أكد الباحثون أن عملهم الحالي يركز بشكل أساسي على SIDM ولا يقوم بإجراء تقييم نقدي حول مدى قدرة آلية التنمية النظيفة على شرح كل من Draco و Fornax.

بعد أن استخدم الفريق المحاكاة العددية لمراعاة التفاعل الديناميكي بين التفاعلات الذاتية للمادة المظلمة وتفاعلات المد والجزر ، لاحظ الباحثون نتيجة مذهلة.

قال سامي: "المادة المظلمة المركزية في SIDM subhalo يمكن أن تتزايد ، على عكس التوقعات المعتادة". "الأهم من ذلك ، أن عمليات المحاكاة الخاصة بنا تحدد ظروف حدوث هذه الظاهرة في SIDM ، ونظهر أنها يمكن أن تفسر ملاحظات Draco."

يخطط فريق البحث لتوسيع الدراسة لتشمل مجرات ساتلية أخرى ، بما في ذلك المجرات فائقة الوضوح.

انضم كل من يو وسيلز وسامي في الدراسة من قبل مارك فوجيلسبيرجر من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجيسوس زافالا من جامعة أيسلندا. سامي هو المؤلف الأول لورقة البحث.


تساعد المجرات التابعة لمجرة درب التبانة في اختبار نظرية المادة المظلمة

أفاد فريق بحثي بقيادة علماء الفيزياء في جامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد ، أنه يمكن استخدام مجرات صغيرة تابعة لمجرة درب التبانة لاختبار الخصائص الأساسية "للمادة المظلمة" - مادة غير مضيئة يعتقد أنها تشكل 85٪ من المادة في الكون.

باستخدام عمليات محاكاة متطورة ، أظهر الباحثون أن نظرية تسمى المادة المظلمة ذاتية التفاعل ، أو SIDM ، يمكن أن تشرح بشكل مقنع توزيعات المادة المظلمة المتنوعة في Draco و Fornax ، وهما اثنتان من أكثر من 50 مجرة ​​تابعة لمجرة درب التبانة تم اكتشافها.

تشرح نظرية المادة المظلمة السائدة ، والتي تسمى المادة المظلمة الباردة ، أو CDM ، الكثير من الكون ، بما في ذلك كيفية ظهور الهياكل فيه. لكن التحدي الطويل الأمد لآلية التنمية النظيفة كان تفسير توزيعات المادة المظلمة المتنوعة في المجرات.

درس الباحثون ، بقيادة هاي-بو يو من جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد ولورا ف. سيلز ، تطور SIDM "subhalos" في "مجال المد والجزر" في مجرة ​​درب التبانة - التدرج في مجال جاذبية مجرة ​​درب التبانة الذي تشعر به مجرة ​​تابعة في شكل قوة المد والجزر. Subhalos عبارة عن كتل من المادة المظلمة تستضيف المجرات الساتلية.

قال يو ، الأستاذ المشارك في الفيزياء وعلم الفلك والفيزيائي النظري ذو الخبرة في خصائص الجسيمات للمادة المظلمة: "لقد وجدنا أن SIDM يمكن أن ينتج توزيعات متنوعة للمادة المظلمة في هالات Draco و Fornax ، بالاتفاق مع الملاحظات". "في SIDM ، يؤدي التفاعل بين subhalos ومد مجرة ​​درب التبانة إلى توزيعات أكثر تنوعًا للمادة المظلمة في المناطق الداخلية من subhalos ، مقارنةً بنظيراتها من آلية التنمية النظيفة."

Draco و Fornax لهما تطرفان متعاكسان في محتويات المادة المظلمة الداخلية. تمتلك دراكو أعلى كثافة للمادة المظلمة من بين المجرات التسع الساطعة التابعة لمجرة درب التبانة ، حيث تمتلك فورناكس أقلها كثافة. باستخدام القياسات الفلكية المتقدمة ، أعاد علماء الفيزياء الفلكية مؤخرًا بناء مساراتهم المدارية في مجال المد والجزر في درب التبانة.

قال يو: "كان التحدي الذي نواجهه هو فهم أصل توزيعات Draco و Fornax المتنوعة للمادة المظلمة في ضوء هذه المسارات المدارية المقاسة حديثًا". "لقد وجدنا أن SIDM يمكن أن يقدم تفسيرًا بعد تناول تأثيرات المد والجزر والتفاعلات الذاتية للمادة المظلمة."

تظهر نتائج الدراسة بتنسيق رسائل المراجعة البدنية.

لا تزال طبيعة المادة المظلمة غير معروفة إلى حد كبير. على عكس المادة العادية ، فهو لا يمتص الضوء أو يعكسه أو ينبعث منه ، مما يجعل من الصعب اكتشافه. يعد تحديد طبيعة المادة المظلمة مهمة مركزية في فيزياء الجسيمات والفيزياء الفلكية.

في آلية التنمية النظيفة ، يُفترض أن جسيمات المادة المظلمة عديمة الاصطدام ، وكل مجرة ​​تقع داخل هالة من المادة المظلمة تشكل سقالات الجاذبية التي تربطها ببعضها البعض. في SIDM ، يُقترح أن تتفاعل المادة المظلمة مع نفسها من خلال قوة مظلمة جديدة. يُفترض أن جزيئات المادة المظلمة تتصادم بقوة مع بعضها البعض في الهالة الداخلية ، بالقرب من مركز المجرة - وهي عملية تسمى التفاعل الذاتي للمادة المظلمة.

قال سيلز ، الأستاذ المساعد للفيزياء وعلم الفلك وعالم الفيزياء الفلكية ذو الخبرة في المحاكاة العددية لتشكيل المجرات: "يُظهر عملنا أن المجرات الساتلية في مجرة ​​درب التبانة قد توفر اختبارات مهمة لنظريات مختلفة عن المادة المظلمة". "نظهر التفاعل بين التفاعلات الذاتية للمادة المظلمة وتفاعلات المد والجزر يمكن أن تنتج توقيعات جديدة في SIDM غير متوقعة في نظرية آلية التنمية النظيفة السائدة."

استخدم الباحثون في عملهم المحاكاة العددية بشكل أساسي ، والتي تسمى "محاكاة الجسم N" ، وحصلوا على حدس قيم من خلال النمذجة التحليلية قبل تشغيل عمليات المحاكاة الخاصة بهم.

قال أوميد سامي ، وهو طالب دراسات عليا سابق في جامعة كاليفورنيا وعمل مع يو والمبيعات وهو الآن باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة تكساس في أوستن ، "تكشف عمليات المحاكاة لدينا ديناميكيات جديدة عندما يتطور SIDM subhalo في مجال المد والجزر". تشكيل المجرة. "كان يُعتقد أن ملاحظات Draco كانت غير متوافقة مع تنبؤات SIDM. لكننا وجدنا أن subhalo في SIDM يمكن أن ينتج كثافة عالية من المادة المظلمة لشرح Draco."

وأوضح قسم المبيعات أن SIDM تتوقع ظاهرة فريدة تسمى "الانهيار الأساسي". في ظروف معينة ، ينهار الجزء الداخلي من الهالة تحت تأثير الجاذبية وينتج كثافة عالية. وهذا مخالف للتوقع المعتاد بأن التفاعلات الذاتية للمادة المظلمة تؤدي إلى هالة منخفضة الكثافة. قالت المبيعات إن عمليات المحاكاة التي أجراها الفريق تحدد شروط حدوث الانهيار الأساسي في المنطقة الفرعية.

وقالت: "لشرح كثافة المادة المظلمة العالية لدراكو ، يجب أن يكون تركيز هالته الأولي عالياً". "يجب توزيع المزيد من كتلة المادة المظلمة في الهالة الداخلية. في حين أن هذا صحيح لكل من آلية التنمية النظيفة (CDM) و SIDM ، فإن ظاهرة انهيار النواة بالنسبة لـ SIDM يمكن أن تحدث فقط إذا كان التركيز مرتفعًا بحيث يكون النطاق الزمني للانهيار أقل من عمر الكون. من ناحية أخرى ، يمتلك Fornax سوبالو منخفض التركيز ، وبالتالي تظل كثافته منخفضة. "

أكد الباحثون أن عملهم الحالي يركز بشكل أساسي على SIDM ولا يقوم بإجراء تقييم نقدي حول مدى قدرة آلية التنمية النظيفة على شرح كل من Draco و Fornax.

بعد أن استخدم الفريق المحاكاة العددية لمراعاة التفاعل الديناميكي بين التفاعلات الذاتية للمادة المظلمة وتفاعلات المد والجزر ، لاحظ الباحثون نتيجة مذهلة.

قال سامي: "المادة المظلمة المركزية في SIDM subhalo يمكن أن تتزايد ، على عكس التوقعات المعتادة". "الأهم من ذلك ، أن عمليات المحاكاة الخاصة بنا تحدد ظروف حدوث هذه الظاهرة في SIDM ، ونظهر أنها يمكن أن تفسر ملاحظات Draco."

يخطط فريق البحث لتوسيع الدراسة لتشمل مجرات ساتلية أخرى ، بما في ذلك المجرات فائقة الوضوح.


دليل جديد على كيف ومتى اجتمعت مجرة ​​درب التبانة

يوفر بحث جديد أفضل دليل حتى الآن على توقيت كيفية تكاتف مجرتنا المبكرة ، بما في ذلك الاندماج مع مجرة ​​تابعة رئيسية.

باستخدام طرق جديدة نسبيًا في علم الفلك ، تمكن الباحثون من تحديد الأعمار الأكثر دقة الممكنة حاليًا لعينة من حوالي مائة نجم أحمر عملاق في المجرة.

باستخدام هذه البيانات وغيرها ، تمكن الباحثون من إظهار ما كان يحدث عندما اندمجت مجرة ​​درب التبانة مع مجرة ​​ساتلية تدور في مدار ، تُعرف باسم Gaia-Enceladus ، منذ حوالي 10 مليارات سنة.

تم نشر نتائجهم اليوم (17 مايو 2021) في المجلة علم الفلك الطبيعي.

قال فيورنزو فينتشنزو ، مؤلف مشارك في الدراسة وزميل في مركز علم الكونيات وفيزياء الجسيمات الفلكية التابع لجامعة ولاية أوهايو: "تشير أدلةنا إلى أنه عندما حدث الاندماج ، كانت مجرة ​​درب التبانة قد شكلت بالفعل عددًا كبيرًا من نجومها".

انتهى المطاف بالعديد من تلك النجوم "محلية الصنع" في القرص السميك في وسط المجرة ، في حين أن معظم تلك النجوم التي تم التقاطها من Gaia-Enceladus موجودة في الهالة الخارجية للمجرة.

قالت جوزيفينا مونتالبان ، من كلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة برمنغهام في المملكة المتحدة: "يُعتقد أن حدث الدمج مع Gaia-Enceladus هو أحد أهم الأحداث في تاريخ مجرة ​​درب التبانة ، ويشكل الطريقة التي نراقبها بها اليوم". الذي قاد المشروع.

من خلال حساب عمر النجوم ، تمكن الباحثون ، لأول مرة ، من تحديد أن النجوم التي تم التقاطها من Gaia-Enceladus لها أعمار مماثلة أو أصغر قليلاً مقارنة بمعظم النجوم التي ولدت داخل مجرة ​​درب التبانة.

قال فينتشنزو إن الاندماج العنيف بين مجرتين لا يسعه سوى زعزعة الأمور. أظهرت النتائج أن الاندماج غيّر مدارات النجوم الموجودة بالفعل في المجرة ، مما جعلها أكثر شذوذًا.

قارن فينتشنزو حركات النجوم بالرقصة ، حيث تتحرك النجوم من جايا إنسيلادوس السابقة بشكل مختلف عن تلك التي ولدت داخل مجرة ​​درب التبانة. وقال فينتشنزو إن النجوم "ترتدي" بشكل مختلف ، حيث تظهر النجوم من الخارج تركيبات كيميائية مختلفة عن تلك التي ولدت داخل مجرة ​​درب التبانة.

استخدم الباحثون عدة مناهج ومصادر بيانات مختلفة لإجراء دراستهم.

إحدى الطرق التي تمكن الباحثون من الحصول على مثل هذه الأعمار الدقيقة للنجوم كانت من خلال استخدام علم الزهرة النجمية ، وهو مجال جديد نسبيًا يسبر البنية الداخلية للنجوم.

يدرس علماء الزلازل النجمية التذبذبات في النجوم ، وهي موجات صوتية تموج عبر الأجزاء الداخلية ، كما قال ماتيو فارد ، باحث ما بعد الدكتوراه في قسم علم الفلك بولاية أوهايو.

قال فارد: "يتيح لنا ذلك الحصول على أعمار دقيقة جدًا للنجوم ، وهي مهمة في تحديد التسلسل الزمني لوقت وقوع الأحداث في أوائل مجرة ​​درب التبانة".

استخدمت الدراسة أيضًا مسحًا طيفيًا ، يسمى APOGEE ، والذي يوفر التركيب الكيميائي للنجوم - وهو أداة مساعدة أخرى في تحديد أعمارها.

قال مونتالبان: "لقد أظهرنا الإمكانات العظيمة لعلم الزهرة النجمية ، جنبًا إلى جنب مع التحليل الطيفي ، لتحديد عمر النجوم الفردية".

هذه الدراسة ليست سوى الخطوة الأولى ، وفقًا للباحثين.

قال فينسينزو: "نعتزم الآن تطبيق هذا النهج على عينات أكبر من النجوم ، وإدراج سمات أكثر دقة لأطياف التردد".

"سيؤدي هذا في النهاية إلى رؤية أكثر وضوحًا لتاريخ تجميع مجرة ​​درب التبانة وتطورها ، مما يخلق جدولًا زمنيًا لكيفية تطور مجرتنا."

العمل هو نتيجة لمشروع Asterochronometry التعاوني ، الممول من مجلس البحوث الأوروبي.


تساعد المجرات التابعة لمجرة درب التبانة في اختبار نظرية المادة المظلمة

أفاد فريق بحثي بقيادة علماء الفيزياء في جامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد ، أن المجرات الصغيرة التابعة لمجرة درب التبانة يمكن استخدامها لاختبار الخصائص الأساسية "للمادة المظلمة" - مادة غير مضيئة يعتقد أنها تشكل 85٪ من المادة في الكون.

باستخدام عمليات محاكاة متطورة ، أظهر الباحثون أن نظرية تسمى المادة المظلمة ذاتية التفاعل ، أو SIDM ، يمكن أن تشرح بشكل مقنع توزيعات المادة المظلمة المتنوعة في Draco و Fornax ، وهما اثنتان من أكثر من 50 مجرة ​​تابعة لمجرة درب التبانة.

تشرح نظرية المادة المظلمة السائدة ، والتي تسمى المادة المظلمة الباردة ، أو CDM ، الكثير من الكون ، بما في ذلك كيفية ظهور الهياكل فيه. لكن التحدي الطويل الأمد لآلية التنمية النظيفة كان تفسير توزيعات المادة المظلمة المتنوعة في المجرات.

درس الباحثون ، بقيادة هاي-بو يو من جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد ولورا ف. سيلز ، تطور SIDM "subhalos" في "مجال المد والجزر" في مجرة ​​درب التبانة - التدرج في مجال جاذبية مجرة ​​درب التبانة الذي تشعر به مجرة ​​تابعة شكل قوة المد والجزر. Subhalos عبارة عن كتل من المادة المظلمة تستضيف المجرات الساتلية.

قال يو ، الأستاذ المساعد في الفيزياء وعلم الفلك والفيزيائي النظري ذو الخبرة في خصائص الجسيمات للمادة المظلمة: "لقد وجدنا أن SIDM يمكن أن ينتج توزيعات متنوعة للمادة المظلمة في هالات Draco و Fornax ، بالاتفاق مع الملاحظات". "في SIDM ، يؤدي التفاعل بين subhalos ومد مجرة ​​درب التبانة إلى توزيعات أكثر تنوعًا للمادة المظلمة في المناطق الداخلية من subhalos ، مقارنةً بنظيراتها من آلية التنمية النظيفة."

Draco و Fornax لهما تطرفان متعاكسان في محتويات المادة المظلمة الداخلية. تمتلك دراكو أعلى كثافة للمادة المظلمة من بين المجرات التسع الساطعة التابعة لمجرة درب التبانة ، حيث تمتلك فورناكس أقلها كثافة. باستخدام القياسات الفلكية المتقدمة ، أعاد علماء الفيزياء الفلكية مؤخرًا بناء مساراتهم المدارية في مجال المد والجزر في درب التبانة.

قال يو: "كان التحدي الذي يواجهنا هو فهم أصل توزيعات Draco و Fornax المتنوعة للمادة المظلمة في ضوء هذه المسارات المدارية المقاسة حديثًا". "لقد وجدنا أن SIDM يمكن أن يقدم تفسيرًا بعد الأخذ في الاعتبار تأثيرات المد والجزر والتفاعلات الذاتية للمادة المظلمة."

تظهر نتائج الدراسة في رسائل المراجعة الفيزيائية.

لا تزال طبيعة المادة المظلمة غير معروفة إلى حد كبير. على عكس المادة العادية ، فهو لا يمتص الضوء أو يعكسه أو ينبعث منه ، مما يجعل من الصعب اكتشافه. يعد تحديد طبيعة المادة المظلمة مهمة مركزية في فيزياء الجسيمات والفيزياء الفلكية.

في آلية التنمية النظيفة ، يُفترض أن جسيمات المادة المظلمة عديمة الاصطدام ، وكل مجرة ​​تقع داخل هالة من المادة المظلمة تشكل سقالات الجاذبية التي تربطها ببعضها البعض. في SIDM ، يُقترح أن تتفاعل المادة المظلمة مع نفسها من خلال قوة مظلمة جديدة. يُفترض أن جسيمات المادة المظلمة تتصادم بقوة مع بعضها البعض في الهالة الداخلية ، بالقرب من مركز المجرة - وهي عملية تسمى التفاعل الذاتي للمادة المظلمة.

قال سيلز ، الأستاذ المساعد للفيزياء وعلم الفلك وعالم الفيزياء الفلكية ذو الخبرة في المحاكاة العددية لتشكيل المجرات: "يُظهر عملنا أن المجرات الساتلية في مجرة ​​درب التبانة قد توفر اختبارات مهمة لنظريات مختلفة عن المادة المظلمة". "نظهر التفاعل بين التفاعلات الذاتية للمادة المظلمة وتفاعلات المد والجزر يمكن أن تنتج توقيعات جديدة في SIDM غير متوقعة في نظرية آلية التنمية النظيفة السائدة."

استخدم الباحثون في عملهم عمليات المحاكاة العددية ، والتي تسمى "محاكاة الجسم N" ، وحصلوا على حدس قيم من خلال النمذجة التحليلية قبل تشغيل عمليات المحاكاة الخاصة بهم.

قال أوميد سمي ، طالب دراسات عليا سابق في جامعة كاليفورنيا وعمل مع يو والمبيعات وهو الآن باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة تكساس في أوستن ، "تكشف عمليات المحاكاة لدينا ديناميكيات جديدة عندما يتطور SIDM subhalo في مجال المد والجزر". تشكيل المجرة. "كان يعتقد أن ملاحظات دراكو كانت غير متوافقة مع توقعات SIDM. لكننا وجدنا أن subhalo في SIDM يمكن أن ينتج كثافة عالية من المادة المظلمة لشرح دراكو ".

أوضح قسم المبيعات أن SIDM تتوقع ظاهرة فريدة تسمى "الانهيار الأساسي". في ظروف معينة ، ينهار الجزء الداخلي من الهالة تحت تأثير الجاذبية وينتج كثافة عالية. وهذا مخالف للتوقع المعتاد بأن التفاعلات الذاتية للمادة المظلمة تؤدي إلى هالة منخفضة الكثافة. قالت المبيعات إن عمليات المحاكاة التي أجراها الفريق تحدد شروط حدوث الانهيار الأساسي في المنطقة الفرعية.

وقالت: "لشرح كثافة المادة المظلمة العالية في دراكو ، يجب أن يكون تركيز هالته الأولي مرتفعًا". يجب توزيع المزيد من كتلة المادة المظلمة في الهالة الداخلية. في حين أن هذا صحيح لكل من CDM و SIDM ، فإن ظاهرة انهيار النواة بالنسبة لـ SIDM يمكن أن تحدث فقط إذا كان التركيز مرتفعًا بحيث يكون النطاق الزمني للانهيار أقل من عمر الكون. من ناحية أخرى ، يحتوي Fornax على subhalo منخفض التركيز ، وبالتالي تظل كثافته منخفضة. "

أكد الباحثون أن عملهم الحالي يركز بشكل أساسي على SIDM ولا يقوم بإجراء تقييم نقدي حول مدى قدرة آلية التنمية النظيفة على شرح كل من Draco و Fornax.

بعد أن استخدم الفريق المحاكاة العددية لمراعاة التفاعل الديناميكي بين التفاعلات الذاتية للمادة المظلمة وتفاعلات المد والجزر ، لاحظ الباحثون نتيجة مذهلة.

قال سامي: "يمكن أن تتزايد المادة المظلمة المركزية لـ SIDM subhalo ، على عكس التوقعات المعتادة". "الأهم من ذلك ، أن عمليات المحاكاة لدينا تحدد ظروف حدوث هذه الظاهرة في SIDM ، ونبين أنها يمكن أن تفسر ملاحظات Draco."

يخطط فريق البحث لتوسيع الدراسة لتشمل مجرات ساتلية أخرى ، بما في ذلك المجرات فائقة الوضوح.

انضم كل من يو وسيلز وسامي في الدراسة من قبل مارك فوجيلسبيرجر من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجيسوس زافالا من جامعة أيسلندا. سامي هو المؤلف الأول لورقة البحث ، التي تحمل عنوان "المادة المظلمة ذات التفاعل الذاتي Subhalos في مجرة ​​درب التبانة".


يكتشف علماء الفلك المجرات القزمة التي تدور حول درب التبانة

غيوم ماجلان والتلسكوبات المساعدة في مرصد بارانال في صحراء أتاكاما في تشيلي. فقط 6 أقمار صناعية من أصل 9 تم اكتشافها حديثًا موجودة في هذه الصورة. الثلاثة الآخرون خارج مجال الرؤية. تُظهر الأشكال الداخلية صورًا للأجسام الثلاثة الأكثر وضوحًا (Eridanus 1 و Horologium 1 و Pictoris 1) وهي 13 & # 21513 دقيقة قوسية في السماء (أو 3000 & # 2153000 DECam بكسل).

حدد علماء الفلك من جامعة كامبريدج تسعة أقمار صناعية قزمة جديدة تدور حول مجرة ​​درب التبانة ، وهو أكبر عدد تم اكتشافه مرة واحدة على الإطلاق.

اكتشف علماء الفلك "كنزًا دفينًا" من مجرات الأقمار الصناعية القزمة النادرة التي تدور حول مجرتنا درب التبانة. يمكن أن تحمل الاكتشافات مفتاح فهم المادة المظلمة ، المادة الغامضة التي تجمع مجرتنا معًا.

تمثل النتائج الجديدة أيضًا أول اكتشاف للمجرات القزمة - وهي أجرام سماوية صغيرة تدور حول مجرات أكبر - خلال عقد من الزمان ، بعد العثور على العشرات في عامي 2005 و 2006 في السماء فوق نصف الكرة الشمالي. تم العثور على الأقمار الصناعية الجديدة في نصف الكرة الجنوبي بالقرب من سحابة ماجلان الكبيرة والصغيرة ، أكبر وأشهر المجرات القزمة في مدار درب التبانة.

يتم نشر نتائج كامبريدج بشكل مشترك اليوم مع نتائج مسح منفصل أجراه علماء الفلك مع Dark Energy Survey ، ومقرها في مختبر Fermi National Accelerator التابع لوزارة الطاقة الأمريكية. استخدم كلا الفريقين البيانات المتاحة للجمهور والتي تم التقاطها خلال السنة الأولى من مسح الطاقة المظلمة لإجراء تحليلهم.

الأجسام المكتشفة حديثًا أغمق بمليار مرة من مجرة ​​درب التبانة ، وأقل بمليون مرة. أقربها هو حوالي 95000 سنة ضوئية ، في حين أن الأبعد هو أكثر من مليون سنة ضوئية.

وفقًا لفريق كامبريدج ، فإن ثلاثة من الأجسام المكتشفة هي مجرات قزمة محددة ، في حين أن البعض الآخر يمكن أن يكون إما مجرات قزمة أو عناقيد كروية - وهي كائنات لها خصائص مرئية مماثلة للمجرات القزمة ، ولكنها غير مرتبطة بالمادة المظلمة.

قال الدكتور سيرجي كوبوسوف من معهد كامبريدج لعلم الفلك ، المؤلف الرئيسي للدراسة: "كان اكتشاف الكثير من الأقمار الصناعية في مثل هذه المنطقة الصغيرة من السماء غير متوقع تمامًا". "لم أستطع أن أصدق عيني."

المجرات القزمية هي أصغر هياكل المجرات التي لوحظت ، وتحتوي أضعفها على 5000 نجم فقط - في المقابل ، تحتوي مجرة ​​درب التبانة على مئات المليارات من النجوم. تتنبأ النماذج الكونية القياسية للكون بوجود مئات المجرات القزمية في مدار حول مجرة ​​درب التبانة ، لكن خفتها وصغر حجمها يجعل من الصعب جدًا العثور عليها ، حتى في "الفناء الخلفي" الخاص بنا.

قال Alex Drlica-Wagner من Fermilab ، أحد رواد تحليل Dark Energy Survey: "محتوى المادة المظلمة الكبير لمجرات درب التبانة الساتلية يجعل هذه نتيجة مهمة لكل من علم الفلك والفيزياء".

نظرًا لأنها تحتوي على ما يصل إلى 99 في المائة من المادة المظلمة و 1 في المائة فقط من المادة القابلة للرصد ، فإن المجرات القزمة مثالية لاختبار ما إذا كانت نماذج المادة المظلمة الحالية صحيحة أم لا. المادة المظلمة - التي تشكل 25 بالمائة من كل المادة والطاقة في كوننا - غير مرئية ، ولا يُعرف وجودها إلا من خلال جاذبيتها.

قال الدكتور فاسيلي بيلوكوروف من معهد علم الفلك ، أحد مؤلفي الدراسة المشاركين: "الأقمار الصناعية القزمة هي الحدود النهائية لاختبار نظرياتنا عن المادة المظلمة". نحن بحاجة إلى إيجادهم لتحديد ما إذا كانت صورتنا الكونية منطقية. كان العثور على مثل هذه المجموعة الكبيرة من الأقمار الصناعية بالقرب من غيوم ماجلان مفاجئًا ، على الرغم من أن المسوحات السابقة للسماء الجنوبية وجدت القليل جدًا ، لذلك لم نتوقع أن نتعثر على مثل هذا الكنز ".

The closest of these pieces of ‘treasure’ is 97,000 light years away, about halfway to the Magellanic Clouds, and is located in the constellation of Reticulum, or the Reticle. Due to the massive tidal forces of the Milky Way, it is in the process of being torn apart.

The most distant and most luminous of these objects is 1.2 million light years away in the constellation of Eridanus, or the River. It is right on the fringes of the Milky Way, and is about to get pulled in. According to the Cambridge team, it looks to have a small globular cluster of stars, which would make it the faintest galaxy to possess one.

“These results are very puzzling,” said co-author Wyn Evans, also of the Institute of Astronomy. “Perhaps they were once satellites that orbited the Magellanic Clouds and have been thrown out by the interaction of the Small and Large Magellanic Cloud. Perhaps they were once part of a gigantic group of galaxies that – along with the Magellanic Clouds – are falling into our Milky Way galaxy.”

The Dark Energy Survey is a five-year effort to photograph a large portion of the southern sky in unprecedented detail. Its primary tool is the Dark Energy Camera, which – at 570 megapixels – is the most powerful digital camera in the world, able to see galaxies up to eight billion light years from Earth. Built and tested at Fermilab, the camera is now mounted on the four-metre Victor M Blanco telescope at the Cerro Tololo Inter-American Observatory in the Andes Mountains in Chile. The camera includes five precisely shaped lenses, the largest nearly a yard across, designed and fabricated at University College London (UCL) and funded by the UK Science and Technology Facilities Council (STFC).

The Dark Energy Survey is supported by funding from the STFC, the US Department of Energy Office of Science the National Science Foundation funding agencies in Spain, Brazil, Germany and Switzerland and the participating institutions.

The Cambridge research, funded by the European Research Council, will be published in The Astrophysical Journal.

Publication: Accepted in The Astrophysical Journal

PDF Copy of the Studies:

Image: V. Belokurov, S. Koposov (IoA, Cambridge). Photo: Y. Beletsky (Carnegie Observatories)


Family tree of the Milky Way deciphered

Galaxy merger tree of the Milky Way inferred by applying the insights gained from the E-MOSAICS simulations to the Galactic globular cluster population. The main progenitor of the Milky Way is denoted by the trunk of the tree, coloured by its stellar mass. Black lines indicate the five identified satellites. Grey dotted lines illustrate other mergers that the Milky Way is predicted to have experienced, but could not be linked to a specific progenitor. From left to right, the six images along the top of the figure indicate the identified progenitor galaxies: Sagittarius, Sequoia, Kraken, the Milky Way’s Main progenitor, the progenitor of the Helmi streams, and Gaia-Enceladus-Sausage. Credit: D. Kruijssen / Heidelberg University/Licence type: Attribution (CC BY 4.0)

Scientists have known for some time that galaxies can grow by the merging of smaller galaxies, but the ancestry of our own Milky Way galaxy has been a long-standing mystery. Now, an international team of astrophysicists has succeeded in reconstructing the first complete family tree of our home galaxy by analyzing the properties of globular clusters orbiting the Milky Way with artificial intelligence. The work is published in الإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.

Globular clusters are dense groups of up to a million stars that are almost as old as the Universe itself. The Milky Way hosts over 150 such clusters, many of which formed in the smaller galaxies that merged to form the galaxy that we live in today. Astronomers have suspected for decades that the old ages of globular clusters would mean that they could be used as "fossils" to reconstruct the early assembly histories of galaxies. However it is only with the latest models and observations that it has become possible to realize this promise.

An international team of researchers led by Dr. Diederik Kruijssen at the Center for Astronomy at the University of Heidelberg (ZAH) and Dr. Joel Pfeffer at Liverpool John Moores University has now managed to infer the Milky Way's merger history and reconstruct its family tree, using only its globular clusters.

To achieve this, they developed a suite of advanced computer simulations of the formation of Milky Way-like galaxies. Their simulations, called E-MOSAICS, are unique because they include a complete model for the formation, evolution, and destruction of globular clusters.

In the simulations, the researchers were able to relate the ages, chemical compositions, and orbital motions of globular clusters to the properties of the progenitor galaxies in which they formed, more than 10 billion years ago. By applying these insights to groups of globular clusters in the Milky Way, they could not only determine how many stars these progenitor galaxies contained, but also when they merged into the Milky Way.

"The main challenge of connecting the properties of globular clusters to the merger history of their host galaxy has always been that galaxy assembly is an extremely messy process, during which the orbits of the globular clusters are completely reshuffled," Kruijssen explains.

"To make sense of the complex system that is left today, we therefore decided to use artificial intelligence. We trained an artificial neural network on the E-MOSAICS simulations to relate the globular cluster properties to the host galaxy merger history. We tested the algorithm tens of thousands of times on the simulations and were amazed at how accurately it was able to reconstruct the merger histories of the simulated galaxies, using only their globular cluster populations."

Inspired by this success, the researchers set out to decipher the merger history of the Milky Way. To achieve this, they used groups of globular clusters that are each thought to have formed in the same progenitor galaxy based on their orbital motion. By applying the neural network to these groups of globular clusters, the researchers could not only predict the stellar masses and merger times of the progenitor galaxies to high precision, but it also revealed a previously unknown collision between the Milky Way and an enigmatic galaxy, which the researchers named "Kraken."

"The collision with Kraken must have been the most significant merger the Milky Way ever experienced," Kruijssen adds. "Before, it was thought that a collision with the Gaia-Enceladus-Sausage galaxy, which took place some 9 billion years ago, was the biggest collision event. However, the merger with Kraken took place 11 billion years ago, when the Milky Way was four times less massive. As a result, the collision with Kraken must have truly transformed what the Milky Way looked like at the time."

Taken together, these findings allowed the team of researchers to reconstruct the first complete merger tree of our Galaxy. Over the course of its history, the Milky Way cannibalized about five galaxies with more than 100 million stars, and about fifteen with at least 10 million stars. The most massive progenitor galaxies collided with the Milky Way between 6 and 11 billion years ago.

The researchers expect their predictions to stimulate future studies to search for the remains of these progenitor galaxies. "The debris of more than five progenitor galaxies has now been identified. With current and upcoming telescopes, it should be possible to find them all," Kruijssen concludes.


Astronomers discover unexplainable gas clouds at Milky Way's center

Cold gases shot out of our galaxy's center challenge our understanding of the galactic wind.

The core of the Milky Way is windy and mysterious.

The center of the Milky Way, where our galaxy's supermassive black hole lies, is a weather forecaster's dream. It's easy to remember "always windy." The region is volatile, filled with gas clouds and high-energy particles whipped up by the black hole, Sagittarius A* (Sgr A*), and stars close to the galactic center. This creates a wind of gases that shoot out deeper into the galaxy and eventually into the dark void of space.

Astronomers have found evidence for hot, warm and cool gases in the wind, ranging in temperatures from around 1,000 degrees Fahrenheit to as high as almost 2 million degrees Fahrenheit. In a study, published in the journal Nature on Wednesday, researchers report the existence of cold gas clouds, challenging some of the beliefs about the processes in our galaxy's core.

Stay in the know

"The standard explanations for the Milky Way's wind are that it is either driven out by an explosive event associated with the black hole or the winds from supernovae and stars," says Naomi McClure-Griffiths, an astrophysicist at the Australian National University and co-author of the new study.

"Yet, neither of them work to explain these clouds."

McClure-Griffiths notes galactic winds are an important process in the life cycle of galaxies. Understanding what might be happening in our galactic center will help us answer lingering questions about how galaxies evolve over time. To understand what might be happening in the wind surrounding the galactic center, the research team pointed both the Atacama Pathfinder Experiment (APEX) telescope in the Chilean desert and the Australia Telescope Compact Array at clouds within a region of the galaxy known as the Fermi bubbles.

These bubbles form the outer limits of the galactic wind and are gargantuan, extending about 50,000 light years from the Milky Way's disk. If you could observe the galaxy from the outside, you'd be looking at something akin to a pizza resting on a soccer ball, with a second soccer ball balanced on top of the pizza. Delicious?

The research team analyzed two clouds within the bubbles, known as MW-C1 and MW-C2. By looking for the telltale radio signature of carbon monoxide they could characterize the clouds and resolve some of their features. They discovered the gases were much colder than previously described gases in the Milky Way's wind and we're moving very quickly.

"In terms of temperature, the difference between hot and cold gas is about a factor of 1,000," says McClure-Griffiths. She notes the cold gas is around -350 degrees Fahrenheit and "very dense," which makes it a lot more difficult to move compared to the diffuse, hot gas.

"A way to think of this is that you can blow smoke away from your face but you couldn't blow a rock away from your face," she says.

Studying other galaxies, previous research has shown the presence of cold gas clouds, but they are found in galaxy's unlike our own, with bigger black holes and much great star formation activity. Previously described processes in the Milky Way's center suggest the clouds shouldn't be able to survive being shot out of the core like this, so the discovery is a puzzling one. "We really don't know what's going on now!" notes McClure-Griffiths.

But, she says, her true love is understanding how things work -- and the center of the Milky Way provides a fabulous laboratory to examine how the galactic wind works. Future work will examine more clouds in an effort to resolve how they persist after being rocketed out of the galactic center.

"We have an approved project with the European Southern Observatory on the APEX telescope to look for many more clouds," says McClure-Griffiths. "With a bigger sample over a wider area of the sky we expect to be able to understand what the physical processes are."


Satellite galaxies of the Milky Way help test dark matter theory

RIVERSIDE, Calif. -- A research team led by physicists at the University of California, Riverside, reports tiny satellite galaxies of the Milky Way can be used to test fundamental properties of "dark matter" -- nonluminous material thought to constitute 85% of matter in the universe.

Using sophisticated simulations, the researchers show a theory called self-interacting dark matter, or SIDM, can compellingly explain diverse dark matter distributions in Draco and Fornax, two of the Milky Way's more than 50 discovered satellite galaxies.

The prevailing dark matter theory, called Cold Dark Matter, or CDM, explains much of the universe, including how structures emerge in it. But a long-standing challenge for CDM has been to explain the diverse dark matter distributions in galaxies.

The researchers, led by UC Riverside's Hai-Bo Yu and Laura V. Sales, studied the evolution of SIDM "subhalos" in the Milky Way "tidal field" -- the gradient in the gravitational field of the Milky Way that a satellite galaxy feels in the form of a tidal force. Subhalos are dark matter clumps that host the satellite galaxies.

"We found SIDM can produce diverse dark matter distributions in the halos of Draco and Fornax, in agreement with observations," said Yu, an associate professor of physics and astronomy and a theoretical physicist with expertise in particle properties of dark matter. "In SIDM, the interaction between the subhalos and the Milky Way's tides leads to more diverse dark matter distributions in the inner regions of subhalos, compared to their CDM counterparts."

Draco and Fornax have opposite extremes in their inner dark matter contents. Draco has the highest dark matter density among the nine bright Milky Way satellite galaxies Fornax has the lowest. Using advanced astronomical measurements, astrophysicists recently reconstructed their orbital trajectories in the Milky Way's tidal field.

"Our challenge was to understand the origin of Draco and Fornax's diverse dark matter distributions in light of these newly measured orbital trajectories," Yu said. "We found SIDM can provide an explanation after taking into both tidal effects and dark matter self-interactions."

Study results appear in Physical Review Letters.

Dark matter's nature remains largely unknown. Unlike normal matter, it does not absorb, reflect, or emit light, making it difficult to detect. Identifying the nature of dark matter is a central task in particle physics and astrophysics.

In CDM, dark matter particles are assumed to be collisionless, and every galaxy sits within a dark matter halo that forms the gravitational scaffolding holding it together. In SIDM, dark matter is proposed to self-interact through a new dark force. Dark matter particles are assumed to strongly collide with one another in the inner halo, close to the galaxy's center -- a process called dark matter self-interaction.

"Our work shows satellite galaxies of the Milky Way may provide important tests of different dark matter theories," said Sales, an assistant professor of physics and astronomy and an astrophysicist with expertise in numerical simulations of galaxy formation. "We show the interplay between dark matter self-interactions and tidal interactions can produce novel signatures in SIDM that are not expected in the prevailing CDM theory."

In their work, the researchers mainly used numerical simulations, called "N-body simulations," and obtained valuable intuition through analytical modeling before running their simulations.

"Our simulations reveal novel dynamics when an SIDM subhalo evolves in the tidal field," said Omid Sameie, a former UCR graduate student who worked with Yu and Sales and is now a postdoctoral researcher at the University of Texas at Austin working on numerical simulations of galaxy formation. "It was thought observations of Draco were inconsistent with SIDM predictions. But we found a subhalo in SIDM can produce a high dark matter density to explain Draco."

Sales explained SIDM predicts a unique phenomenon named "core collapse." In certain circumstances, the inner part of the halo collapses under the influence of gravity and produces a high density. This is contrary to the usual expectation that dark matter self-interactions lead to a low-density halo. Sales said the team's simulations identify conditions for the core collapse to occur in subhalos.

"To explain Draco's high dark matter density, its initial halo concentration needs to be high," she said. "More dark matter mass needs to be distributed in the inner halo. While this is true for both CDM and SIDM, for SIDM the core-collapse phenomenon can only occur if the concentration is high so that the collapse timescale is less than the age of the universe. On the other hand, Fornax has a low-concentrated subhalo, and hence its density remains low."

The researchers stressed their current work mainly focuses on SIDM and does not make a critical assessment on how well CDM can explain both Draco and Fornax.

After the team used numerical simulations to properly take into account the dynamical interplay between dark matter self-interactions and tidal interactions, the researchers observed a striking result.

"The central dark matter of an SIDM subhalo could be increasing, contrary to usual expectations," Sameie said. "Importantly, our simulations identify conditions for this phenomenon to occur in SIDM, and we show it can explain observations of Draco."

The research team plans to extend the study to other satellite galaxies, including ultrafaint galaxies.

Yu, Sales, and Sameie were joined in the study by Mark Vogelsberger of the Massachusetts Institute of Technology and Jesús Zavala of the University of Iceland. Sameie is the first author of the research paper.

The research was supported by grants from the U.S. Department of Energy, National Aeronautics and Space Administration, NASA MIRO FIELDS Fellowship, National Science Foundation, the Hellman Fellow Foundation, and Icelandic Research Fund.

The University of California, Riverside (http://www. ucr. edu) is a doctoral research university, a living laboratory for groundbreaking exploration of issues critical to Inland Southern California, the state and communities around the world. Reflecting California's diverse culture, UCR's enrollment is more than 24,000 students. The campus opened a medical school in 2013 and has reached the heart of the Coachella Valley by way of the UCR Palm Desert Center. The campus has an annual statewide economic impact of almost $2 billion. To learn more, email [email protected]

Disclaimer: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة على EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


شاهد الفيديو: هل نقدر نعيش بدون وجودنا داخل مجرة درب التبانة (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Iapetus

    استجاب بسرعة :)

  2. Salmaran

    يا لها من عبارة جيدة

  3. Yozshugar

    أستميحك عذرا ، هذا البديل لا يناسبني. من غيرك يستطيع التنفس؟

  4. Raynord

    أجد أنك لست على حق. أنا متأكد. سنناقشها. اكتب في رئيس الوزراء ، سوف نتواصل.



اكتب رسالة