Что-то непонятное ломает нашу галактику

Данные о положении и скорости двенадцати миллионов звезд-гигантов, собранные космическим телескопом Gaia, позволили астрономам оценить изменение искривление Млечного Пути во времени. Оказалось, что изгиб плоскости нашей галактики непостоянен, а в пределах имеющихся ошибок его можно успешно описать простой моделью вращения с постоянной угловой скоростью. В таком случае ближе к центру системы движение самой Галактики обгоняет искривление, но на окраинах ситуация меняется на противоположную, пишут авторы в журнале Nature Astronomy.

Млечный Путь — это крупная спиральная галактика, которая в простейшем случае обладает формой плоского диска. Однако уже с середины XX века астрономам известно, что диск на самом деле искривлен: с одной стороны он загибается вверх (сонаправленно вектору угловой скорости вращения галактики), а с другой — в противоположную. Этот вывод был многократно подтвержден, в том числе относительно недавними высокоточными измерениями космического телескопа Gaia, который измеряет координаты и скорости сотен миллионов звезд.

Искривление диска определяется как крупномасштабное отклонение от плоской формы на периферии. Теоретически существует несколько возможных причин возникновения такой особенности. Например, это может быть связано с несимметричностью гало из темной материи, обусловлено влиянием межгалактических магнитных полей или вызвано поглощением другой галактики в прошлом. На данный момент ученым неизвестна точная причина возникновения искривления.

Элоиза Поджо (Eloisa Poggio) из Туринской астрофизической обсерватории и ее коллеги из Германии и Италии использовали результаты наблюдений Gaia для поиска переменности кривизны Галактики во времени. Оказалось, что данные согласуют с простым твердотельным вращением изгибной волны относительно оси, совпадающей с осью самого Млечного Пути. Определенная угловая скорость этого движения равна 10,86±?0,03?±?3,20 километров в секунду на килопарсек, где сперва отмечена статистическая погрешность, а потом систематическая.

Авторы использовали информацию о 12616068 звездах-гигантах ярче 15,5 звездной величины в полосе G, чья широта в галактических координатах не превышает двадцати градусов. Астрономы статистически анализировали галактические координаты светил, их параллаксы и проекции собственного движения на перпендикулярную плоскости галактики ось, так как искривление в первую очередь изменяет именно этот компонент скорости.

Ученые использовали простую модель, в рамках которой форма искривления остается постоянной, но может вращаться как единое целое, как наблюдается у других галактик. В таком случае возможны два варианта: оси вращения галактики и изгибной волны совпадают или образуют между собой ненулевой угол. Исследователи отмечают, что вторая ситуация ожидается только при действии несимметричного наклоненного гало темной материи или массивного наклоненного тора на окраине галактики. Однако при реалистичных параметрах порождаемое такими объектами искривление будет пренебрежимо мало в рамках текущих погрешностей, так что авторы остановились на более простом первом варианте.

Полученное значение скорости вращения искривления примерно в три раза меньше, чем угловая скорость движения материи вокруг центра Галактики около Солнца (около 8 килопарсек). Следовательно, один полный оборот искривления занимает около 700—800 миллионов лет, в то время как в нашем регионе Млечного Пути звезды делают один оборот за 220 миллионов лет. Однако по мере увеличения расстояния до центра вещество начинает двигаться медленнее, так что на 20 ± 5 килопарсеках эти скорости становятся равны, а в еще более далеких областях движение изгибной волны становится быстрее.

Астрономы заключают, что полученные данные свидетельствуют в пользу сценария временного возмущения внешних областей диска Млечного Пути, вызванного взаимодействием с галактикой-спутником. Возможно, это была карликовая эллиптическая галактика в Стрельце, но точно пока этого сказать нельзя.

Теоретически зависеть от времени может и амплитуда изгибания, но проведенный анализ с возможной переменностью этого параметра показал различия на уровне намного ниже текущих экспериментальных ошибок. Поэтому авторы приходят к выводу, что даже если этот феномен и возникает, то он оказывается лишь малой поправкой к вращению неизменного профиля изгиба. Увеличение точности измерений потребует нового анализа данных и отказа от простых моделей в пользу более сложных, в которых все параметры, в том числе сама угловая скорость, могут зависеть как от времени, так и от координат.