Die Veröffentlichung einer neuen Karte des gesamten Himmels der äußersten Ausdehnung der Milchstraße könnte einen neuen Test der Theorien der Dunklen Materie bieten

Astronomen haben eine neue Karte des gesamten Himmels für den entferntesten Teil unserer Milchstraße veröffentlicht. Quelle: NASA / JPL-Caltech / NSF / R. Hurt

Der Höhepunkt des neuen Schemas ist das Erwachen der Sterne, das von einer kleinen Galaxie angetrieben wird, mit der sie kollidieren soll Milchstraße. Die Karte könnte auch einen neuen Test der Theorien der Dunklen Materie bieten.

Astronomen, die Daten von verwenden NASA Die Teleskope der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) haben eine neue Karte des gesamten Himmels für die am weitesten entfernte Region unserer Galaxie veröffentlicht. Diese als galaktischer Lichthof bekannte Region befindet sich außerhalb der Spiralspiralarme, aus denen die als Milchstraße bekannte Zentralscheibe besteht, und ist dünn besiedelt. Obwohl die Aura größtenteils leer zu sein scheint, wird erwartet, dass sie ein riesiges Reservoir an dunkler Materie enthält, eine mysteriöse und unsichtbare Substanz, von der angenommen wird, dass sie den größten Teil der Masse im Universum ausmacht.

Die Daten für die neue Karte stammen aus der Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation der ESA und dem NEOWISE (Near Earth Object Wide Infrared Survey Explorer) der NASA, die von 2009 bis 2013 unter dem Titel WISE betrieben wurde. Die Studie verwendet Daten, die vom Raumschiff zwischen 2009 und 2018 gesammelt wurden.


Diese Visualisierung zeigt die zentrale Scheibe der Milchstraße und eine kleinere nahe gelegene Galaxie namens Large Magellanic Cloud. Neue Sternenkarte für alle Himmelsdiagramme Die Positionen der Sterne in den äußeren Regionen der Milchstraße (bekannt als Halo der Galaxie), von etwa 200.000 Lichtjahren bis 325.000 Lichtjahren vom Zentrum der Milchstraße. Bildnachweis: NASA /Jet Propulsion Laboratory-Caltech / NSF / R. Garavito Camargo und J. Bisla

Die neue Karte zeigt, wie eine kleine Galaxie namens Large Magellanic Cloud (LMC) – so genannt, weil sie die größte der beiden Zwerggalaxien ist, die die Milchstraße umkreist – wie ein Schiff über das Wasser durch den Heiligenschein der Milchstraße segelte und ihre Gravitation erzeugte zieh das erwachte in den Sternen hinter ihm. LMC befindet sich etwa 160.000 Lichtjahre von der Erde entfernt und ist weniger als ein Viertel der Masse der Milchstraße.

Obwohl die inneren Teile der Aura auf einem hohen Niveau von eingestellt sind GesundheitDies ist die erste Karte, die ein ähnliches Bild der äußeren Regionen des Halos liefert, in denen Wachsamkeit festgestellt wurde – etwa 200.000 Lichtjahre bis 325.000 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt. Frühere Studien haben das Vorhandensein von Wachheit gezeigt, aber die gesamte Himmelskarte bestätigt ihre Existenz und liefert eine detaillierte Darstellung ihrer Form, Größe und Position.

Diese Störung in der Aura bietet Astronomen auch die Möglichkeit, etwas zu studieren, das sie nicht direkt beobachten können: Dunkle Materie. Während es kein Licht emittiert, reflektiert oder absorbiert, wurde der Gravitationseffekt der dunklen Materie im gesamten Universum beobachtet. Es wird gedacht, Gerüste zu schaffen, auf denen Galaxien aufgebaut sind, so dass Galaxien ohne sie auseinander fliegen würden, wenn sie sich drehen. Es wird geschätzt, dass dunkle Materie im Universum fünfmal häufiger vorkommt als alle Materie, die Licht emittiert und / oder mit diesem interagiert, von Sternen über Planeten bis hin zu Gaswolken.

Obwohl es viele Theorien über die Natur der Dunklen Materie gibt, weisen alle darauf hin, dass sie im Heiligenschein der Milchstraße vorhanden sein muss. Wenn ja, dann sollte die LMC, wenn sie durch diese Region segelt, auch eine Spur dunkler Materie hinterlassen. Es wird angenommen, dass das in der neuen Sternenkarte beobachtete Erwachen der Umriss dieses Erwachens der dunklen Materie ist; Sterne sind wie Blätter auf der Oberfläche dieses unsichtbaren Ozeans, die ihre Position mit dunkler Materie ändern.

Die Wechselwirkung zwischen dunkler Materie und der großen Magellanschen Wolke hat große Auswirkungen auf unsere Galaxie. Während die LMC die Milchstraße umkreist, zieht die Schwerkraft der dunklen Materie an und verlangsamt die LMC. Dies wird dazu führen, dass die Umlaufbahn der Zwerggalaxie immer kleiner wird, bis die Galaxie in etwa 2 Milliarden Jahren schließlich mit der Milchstraße kollidiert. Diese Art von Fusionen könnte ein Haupttreiber für das Wachstum massereicher Galaxien im gesamten Universum sein. Tatsächlich glauben Astronomen, dass die Milchstraße vor etwa 10 Milliarden Jahren mit einer anderen kleinen Galaxie verschmolzen ist.

„Diese Beschlagnahme der Energie einer kleineren Galaxie ist nicht nur der Grund für die Verschmelzung von LMC mit der Milchstraße, sondern auch der Grund dafür Alle “Galaktische Fusionen finden statt”, sagte Rohan Naidoo, Doktorand in Astronomie an der Harvard University und Mitautor des neuen Papiers. “Der Anstoß in unserer Karte ist eine wirklich coole Bestätigung dafür, dass unser Grundbild, wie Galaxien zusammenwachsen!”

Seltene Gelegenheit

Die Autoren des Papiers glauben auch, dass die neue Karte – zusammen mit zusätzlichen Daten und theoretischen Analysen – einen Test verschiedener Theorien über die Natur der Dunklen Materie liefern kann, z. B. ob sie aus Partikeln wie gewöhnlicher Materie besteht und welche ihre Eigenschaften sind. Diese Partikel.

“Sie können sich vorstellen, dass die Wachsamkeit hinter dem Boot anders wäre, wenn das Boot im Wasser oder durch Honig segeln würde”, sagte Charlie Conroy, Professor an der Harvard University und Astronom am Center for Astrophysics. Harvard und der Smithsonian, Co-Autor der Studie. “In diesem Fall werden die Eigenschaften der Wachsamkeit durch die von uns angewandte Theorie der dunklen Materie bestimmt.”

Conroy leitete das Team, das die Standorte von mehr als 1.300 Sternen in der Aura kartierte. Die Herausforderung bestand darin, die genaue Entfernung von der Erde zu einem großen Teil dieser Sterne zu messen: Es ist oft unmöglich zu sagen, ob ein Stern schwach und nah oder hell und weit weg ist. Das Team verwendete Daten aus der Gaia-Mission der ESA, die die Position vieler Sterne am Himmel angibt, jedoch keine Entfernungen zu Sternen in den äußeren Regionen der Milchstraße messen kann.

Nachdem das Team die wahrscheinlichsten Sterne in der Korona identifiziert hatte (weil sie in unserer Galaxie oder LMC nicht eindeutig vorhanden waren), suchte es nach Sternen einer Klasse von Riesensternen mit einer bestimmten Lichtsignatur, die von NEOWISE erkannt werden konnte. Die Kenntnis der grundlegenden Eigenschaften der ausgewählten Sterne ermöglichte es dem Team, ihre Entfernung von der Erde zu kennen und die neue Karte zu erstellen. Es zeichnet eine Region auf, die etwa 200.000 Lichtjahre vom Zentrum der Milchstraße entfernt beginnt oder um die die LMC-Aktivität voraussichtlich beginnen wird und sich über etwa 125.000 Lichtjahre hinaus erstreckt.

Conroy und seine Kollegen waren die Inspiration für die Suche nach LMC-Erwachen, nachdem sie von einem Team von Astrophysikern an der Universität von Arizona in Tucson erfahren hatten, die Computermodelle herstellten, die vorhersagen, wie dunkle Materie in der galaktischen Aura aussehen sollte. Die beiden Gruppen arbeiteten gemeinsam an der neuen Studie.

Ein Modell des Arizona-Teams, das in die neue Studie aufgenommen wurde, sagte die Gesamtstruktur und den spezifischen Ort des in der neuen Karte offenbarten Sternerwachens voraus. Sobald die Daten bestätigen, dass das Modell korrekt war, kann das Team bestätigen, was auch andere Untersuchungen gezeigt haben: Es ist wahrscheinlich, dass sich LMC in seiner ersten Umlaufbahn um die Milchstraße befindet. Wenn die kleinere Galaxie bereits mehrere Umlaufbahnen gemacht hätte, würden sich Form und Ort des Erwachens erheblich von den beobachteten unterscheiden. Astronomen glauben, dass sich LMC in derselben Umgebung wie die Milchstraße und eine andere nahe gelegene Galaxie, M31, gebildet hat und kurz davor steht, die erste lange Umlaufbahn um unsere Galaxie (etwa 13 Milliarden Jahre alt) zu vollenden. Die nächste Umlaufbahn wird aufgrund der Wechselwirkung mit der Milchstraße viel kürzer sein.

“Die Bestätigung unserer theoretischen Vorhersage mit Beobachtungsdaten zeigt, dass unser Verständnis der Wechselwirkung zwischen diesen beiden Galaxien, einschließlich der Dunklen Materie, auf dem richtigen Weg ist”, sagte Nicholas Garavito-Camargo, Doktorand der Astronomie an der Universität von Arizona. Das im Papier verwendete Formular.

Die neue Karte bietet Astronomen auch die seltene Gelegenheit, die Eigenschaften der Dunklen Materie (Wasser oder Honig) in unserer Galaxie zu testen. In der neuen Studie verwendeten Garavito-Camargo und Kollegen eine gängige Theorie der dunklen Materie, die als kalte dunkle Materie bezeichnet wird und relativ gut zur beobachteten Sternenkarte passt. Das Team der Universität von Arizona führt derzeit Simulationen durch, bei denen verschiedene Theorien der Dunklen Materie verwendet werden, um festzustellen, welche am besten mit dem in den Sternen beobachteten Erwachen übereinstimmen.

“Es sind besondere Umstände, die zusammengekommen sind, um dieses Szenario zu schaffen, mit dem wir unsere Theorien zur Dunklen Materie testen können”, sagte Jortina Bisla, Mitautorin der Studie und Assistenzprofessorin an der Universität von Arizona. “Aber wir können diesen Test nur realisieren, indem wir diese neue Karte mit der von uns erstellten Simulation der Dunklen Materie kombinieren.”

Das WISE-Raumschiff wurde 2009 gestartet und 2011 nach Abschluss seiner Hauptmission in den Ruhezustand versetzt. Im September 2013 reaktivierte die NASA das Raumschiff mit dem primären Ziel, erdnahe Objekte oder NEOs zu vermessen, und Mission und Raumschiff wurden in NEOWISE umbenannt. Das Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien verwaltet und betreibt WISE für die Direktion für Wissenschaftsmissionen der NASA. Die Mission wurde im Rahmen des NASA Explorers Program, das vom Goddard Space Flight Center der Agentur in Greenbelt, Maryland, verwaltet wird, wettbewerbsfähig ausgewählt. NEOWISE ist ein Projekt des Jet Propulsion Laboratory (JPL), einer Abteilung des California Institute of Technology und der University of Arizona, mit Unterstützung des Planetary Defense Coordination Office der NASA.

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