Nasi galaktyczni sąsiedzi „wpadli tylko na chwilę”?

Dane z misji Gaia weryfikują właśnie historię naszego najbliższego galaktycznego sąsiedztwa. To, co tradycyjnie uważano za galaktyki satelitarne Drogi Mlecznej, teraz okazują się być w większości nowicjuszami w naszej okolicy. Przez dziesięciolecia powszechnie uważano, że galaktyki karłowate otaczające Drogę Mleczną znajdują się na orbitach wokół naszej galaktyki i są naszymi stałymi towarzyszami od wielu miliardów lat. Teraz ruchy tych galaktyk karłowatych zostały obliczone z bezprecedensową precyzją, dzięki danym z sondy Gaia, a wyniki są zaskakujące.

François Hammer z Observatoire de Paris—Université Paris Sciences et Lettres z Francji oraz współpracownicy z całej Europy i Chin wykorzystali udostępnione dane do obliczenia ruchów 40 galaktyk karłowatych wokół Drogi Mlecznej. Zrobili to, uzyskując zestaw wielkości znanych jako trójwymiarowe prędkości dla każdej galaktyki, a następnie wykorzystując je do obliczenia energii orbitalnej galaktyki i momentu pędu. Odkryli, że galaktyki te poruszają się znacznie szybciej niż gigantyczne gwiazdy i gromady gwiazd, o których wiadomo, że krążą wokół Drogi Mlecznej. Tak szybko, że nie mogły znajdować się w dalszej przeszłości na orbitach wokół Drogi Mlecznej, gdzie interakcje z naszą galaktyką i jej zawartością obniżałyby ich energię orbitalną i moment pędu.

W swojej historii nasza galaktyka kanibalizowała wiele galaktyk karłowatych. Na przykład 8-11 miliardów lat temu galaktyka karłowata zwana Gaia – Enceladus została wchłonięta przez Drogę Mleczną. Jej gwiazdy można zidentyfikować wśród danych Gaia ze względu na ekscentryczne orbity i zakres energii, które posiadają. Niedawno, 4-5 miliardów lat temu, galaktyka karłowata Strzelca została schwytana przez Drogę Mleczną i jest obecnie rozrywana na kawałki i asymilowana. Energia jej gwiazd jest wyższa niż energii Gai-Enceladusa, co wskazuje na krótszy czas, w którym były one poddane wpływowi Drogi Mlecznej.

W przypadku galaktyk karłowatych ujętych w nowym badaniu, które reprezentują większość galaktyk karłowatych wokół Drogi Mlecznej, ich energie są jeszcze wyższe. To mocno sugeruje, że przybyły w nasze okolice dopiero w ciągu ostatnich kilku miliardów lat. Odkrycie jest kontynuacją tego dokonanego w przypadku Wielkiego Obłoku Magellana (LMC), większej galaktyki karłowatej, znajdującej się tak blisko Drogi Mlecznej, że jest widoczna jako wyraźna smuga światła na nocnym niebie z półkuli południowej. Uważano również, że LMC jest galaktyką satelitarną Drogi Mlecznej do momentu, kiedy astronomowie zmierzyli jego prędkość i odkryli, że porusza się on zbyt szybko, aby mógł być związany grawitacyjnie. Okazuje się, że LMC odwiedza nas po raz pierwszy. Teraz wiemy, że to samo dotyczy większości galaktyk karłowatych.

Sonda Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA)

Czy więc ci przybysze osiedlą się na orbicie, czy po prostu nas ominą? „Niektóre z nich zostaną przechwycone przez Drogę Mleczną i staną się satelitami” – mówi François.

Jednak dokładne określenie, które z nich pozostaną z nami jest trudne, ponieważ zależy to od dokładnej masy Drogi Mlecznej, a jest to wielkość, którą astronomom trudno obliczyć z jakąkolwiek rzeczywistą dokładnością. Szacunki różnią się dwukrotnie. Odkrycie energii galaktyk karłowatych jest istotne, ponieważ zmusza nas do ponownej oceny natury samych galaktyk karłowatych w naszej okolicy.

Gdy galaktyka karłowata krąży po orbicie, przyciąganie grawitacyjne Drogi Mlecznej będzie próbowało ją rozerwać. W fizyce nazywa się to siłą pływową. „Droga Mleczna jest dużą galaktyką, więc jej siła pływowa jest po prostu gigantyczna i bardzo łatwo jest zniszczyć galaktykę karłowatą po jednym lub dwóch przejściach” – mówi François. Innymi słowy, stanie się towarzyszem Drogi Mlecznej to wyrok śmierci dla galaktyk karłowatych. Jedyną rzeczą, która mogłaby oprzeć się niszczycielskiemu uściskowi naszej galaktyki, jest to, że dany karzeł posiada znaczną ilość ciemnej materii. Ciemna materia jest tajemniczą substancją, która według astronomów istnieje we wszechświecie i zapewnia dodatkową grawitację, spajającą galaktyki.

I tak, zgodnie z tradycyjnym poglądem, że karły Drogi Mlecznej były galaktykami satelitarnymi, które znajdowały się na orbicie od wielu miliardów lat, założono, że muszą być zdominowane przez ciemną materię, aby zrównoważyć siły pływowe Drogi Mlecznej i utrzymać je w stanie nienaruszonym. Fakt, że Gaia ujawniła, że ​​większość galaktyk karłowatych po raz pierwszy okrąża Drogę Mleczną, oznacza, że ​​niekoniecznie muszą one w ogóle zawierać ciemną materię i musimy ponownie ocenić, czy te układy są w równowadze, czy raczej na początku procesu niszczenia.

„Dzięki nowym danym okazuje się, że historia okolic Drogi Mlecznej jest znacznie bardziej skomplikowana, niż wcześniej przypuszczali astronomowie. Kierując się nowymi wskazówkami, mamy nadzieję na bardziej przecyzyjne wyjasnienie fascynujących rozdziałów w przeszłości naszej galaktyki” – mówi Timo Prusti, naukowiec projektu Gaia.

1. https://www.esa.int/newcomers_to_our_corner_of_space
2. https://phys.org/news/companion-galaxies.html
3. https://www.sciencealert.com/the-milky-way-may-have-just-lost-satellites