Кино из звезд: как ученые «увидели» форму темной материи в Млечном Пути?

В бескрайних просторах космоса галактики кажутся незыблемыми островами света. Но это лишь иллюзия статичности, за которой скрывается сложная динамика, подчиняющаяся законам гравитации и влиянию таинственной темной материи. Эта невидимая субстанция, составляющая значительную часть массы Вселенной, не поддается прямому наблюдению, но ее присутствие выдает гравитационное воздействие на видимую материю. Именно поэтому изучение формы и свойств гало темной материи, окутывающего каждую галактику, подобно поиску ключей к тайнам мироздания.

Недавно международная группа астрономов сделала важный шаг на пути к разгадке этой тайны, обратив внимание на форму Млечного Пути. Оказалось, что наш галактический дом не является идеально плоским диском, как это представлялось ранее. Как и многие спиральные галактики, Млечный Путь обладает так называемой деформацией диска — его края искривлены, напоминая поля шляпы с загнутыми краями, или чипсину.

Ученые задались вопросом: как эта деформация связана с распределением темной материи? Ведь деформированный диск галактики, вращаясь, подобно наклоненному волчку, медленно прецессирует — меняет направление оси своего вращения — под действием гравитационных сил, в том числе и со стороны невидимого гало темной материи. Изучение параметров этой прецессии могло бы дать ценную информацию о свойствах темной материи.

Традиционные методы изучения движения звезд в галактике оказались недостаточно точными для измерения параметров прецессии, поскольку на движение звезд влияют и другие факторы, помимо гравитации темной материи. Тогда ученые обратили внимание на цефеиды — особый тип переменных звезд, чья яркость меняется с определенной периодичностью. Эта особенность позволяет астрономам с высокой точностью определять расстояние до цефеид и их скорость, что делает их идеальными «маяками» для изучения галактической динамики.

Используя данные, полученные космическим телескопом Gaia и китайским телескопом LAMOST, исследователи проанализировали движение более 2600 цефеид разного возраста, расположенных в диске Млечного Пути. Создавая своего рода «покадровую анимацию» эволюции галактического диска, ученые смогли отследить, как менялась форма деформации с течением времени и как это связано с влиянием гало темной материи.

Результаты исследования оказались неожиданными. Выяснилось, что деформация диска Млечного Пути прецессирует в направлении, противоположном вращению самой галактики, со скоростью около 0,12 градуса за миллион лет. Более того, скорость прецессии уменьшается с удалением от центра галактики, что противоречит некоторым космологическим моделям.

Анализ полученных данных позволил сделать вывод о том, что гало темной материи, окутывающее Млечный Путь, имеет не сферическую, а слегка сплюснутую форму. Это открытие ставит под сомнение некоторые устоявшиеся теории и заставляет по-новому взглянуть на природу темной материи.

Исследование прецессии деформации Млечного Пути — это лишь один из первых шагов на пути к разгадке тайн темной материи. Однако этот шаг, подобно эху космического танца, донес до нас ценную информацию о том, как устроена наша Вселенная и какие силы управляют ее эволюцией.