Получено доказательство наличия темной материи в центре Млечного Пути

Центральная область Млечного Пути, состоящая из миллиардов звезд, замедлила свое вращение на четверть с момента своего формирования из-за влияния темной материи.

К такому выводу пришли ученые Университетского колледжа Лондона и Оксфордского университета, которые опубликовали статью в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Научная работа не только доказывает существование невидимого вещества в виде гало, окружающего Галактику, но и отвергает альтернативные теории гравитации, которые пытаются объяснить динамику звезд в Млечном Пути без привлечения темной материи.

Исследователи проанализировали данные, полученные телескопом Gaia, о металличности звезд в центре Галактики. Металличность показывает, насколько звезды обогащены металлами, то есть элементами тяжелее водорода и гелия (в астрономии металлами могут называться элементы, не являющиеся металлами с точки зрения химии). Известно, что металличность уменьшается с увеличением расстояния от центра Галактики.

Согласно галактическим моделям, присутствие темной материи должно замедлять вращение перемычки — плотной протяженной области звезд и газа, от которой расходятся ветви Млечного Пути. В свою очередь, перемычка воздействует на галактический диск через орбитальные резонансы, когда периоды обращения звезд вокруг центра становятся соизмеримыми со скоростью вращения самой перемычки. Когда перемычка замедляется, все больше и больше звезд диска становятся вовлечены в орбитальный резонанс с баром. При этом захваченные звезды оказываются в ловушке, и те, что попали в резонанс раньше, должны иметь большую среднюю металличность. Таким образом, по распределению металличности внутри резонансной области можно измерить, насколько изменилась скорость вращения перемычки.

Ученые определили, что скорость вращения перемычки составляет 35 километров в секунду на один килопарсек, при этом граница резонанса совпадает с орбитой потока Геркулеса. Звездный поток представляет собой полосу звезд, которые ранее входили в состав шарового скопления, но вытянулись вдоль орбиты под действием приливных сил Галактики. Помимо подтверждения теории замедленного бара, это измерение демонстрирует падение скорости перемычки более чем на 24 процента с момента ее образования.

По словам ученых, замедление объясняется трением перемычки о скопления темной материи в галактическом ореоле, а результаты наблюдения позволяют измерить инертную массу невидимого вещества, которая влияет на скорость вращения центра Галактики. Это позволит как установить ограничения на различные модели темной материи, так и отвергнуть альтернативные теории гравитации, которые не признают темную материю и не предсказывают замедление вращения.