Потерянная галактическая масса найдена

Ранее считавшаяся потерянной масса барионного (то есть состоящего из протонов и нейтронов) вещества в Галактике, сопоставимая с общим количеством массы в галактическом диске, нашлась! Теперь все данные наблюдений в сумме соответствуют расчетным величинам, полученным в космологической модели. Об этом говорит работа ученых-космологов, проанализировавших газовое окружение галактических дисков на примере нашей галактики Млечный путь по данным обсерватории Чандра.

Фото:

При исследовании галактик до сих пор существовала проблема нехватки барионов (частиц, состоящих из кварков). Проще говоря, масса реальной Галактики не соответствовала таковой, полученной с помощью расчетов. Возникла идея тщательного рассмотрения и учета окружающей галактику космической среды.

Данные космического телескопа "Хаббл" показывают, что многие галактики окружены огромным резервуаром ионизированного газа, температура этой космической газовой среды приблизительно 10⁵ K. Рентгеновские наблюдения космической миссии Чандра показали, что Млечный путь имеет обширный газовый резервуар галактического окружения, температура газа в нем более высокая, примерно 10⁶ К.

Так что можно с уверенностью утверждать, что барионная материя заполняет пространство вокруг Млечного пути в пределах радиальных расстояний порядка 100 килопарсек. Совокупная масса этого горячего газа превышает десять миллиардов солнечных масс, что во много раз больше, чем суммарная масса в более прохладных газовых фазах.

Авторский коллектив из пяти ученых-космологов США и Мексики в работе, названной "Огромный резервуар ионизированного газа вокруг Млечного пути: прибавление недостающей массы?", сообщает эту сенсационную новость. Ученые обнаружили в окружении Галактики достаточное количество ионизированного газа, облекающего огромным облаком Млечный путь.

Эти исследования могут решить серьезную проблему "недостающей массы". Действительно, измеренная экспериментально барионная масса Млечного Пути — сумма масс звезд и холодного газа в межзвездном пространстве — сильно уступает расчетным значениям, полученным в космологической модели. При моделировании дисковой галактики, похожей на нашу, в рамках стандартной Лямбда-CDM космологии астрофизики получают (учитывая вклад темной материи) барионную массу, равную ~1,2∙10¹¹ солнечной, а наблюдения свидетельствуют о вдвое меньшей массе порядка ~6∙10¹⁰ масс Солнца.

Как видите, предположение о наличии резервуаров горячего газа, окружающих галактики, удачно решает проблему недостающего барионного компонента. Если эта газовая фракция имеет температуру порядка 10⁵-10⁶ К, то она выявляется в ультрафиолетовом диапазоне по линиям поглощения ионизованных металлов, в частности, пятикратно ионизованного кислорода O VI (в астрономии называют металлами все элементы тяжелее гелия). В наблюдениях телескопа "Хаббл" недавно обнаружено, что масса газа, находящегося по линии O VI в пространстве рядом с галактиками, где продолжается процесс звездообразования, превосходит массу газа, существующего в самих галактиках. При рассмотрении иных линий поглощения в ультрафиолете (таких, как Si IV и C IV) также были найдены значительные потенциальные запасы барионного вещества вокруг Млечного Пути.

Более горячий газ, температура которого достигает 10⁶-10⁷К, является более высоко ионизированным, например, как шести- и семикратно ионизованный семи- и восьмивалентный кислород. Такие линии поглощения, соответствующие O VII и O VIII, располагаются уже не в ультрафиолетовой, а в рентгеновской области спектра, на длинах волн в 21,602 и 18,967 ангстрем.

Именно эти линии поглощения были востребованы в анализе данных рентгеновской обсерватории Чандра. Авторами работы были отобраны 50 активных ядер галактик, для которых по данным обсерватории Чандра выделяли линии поглощения O VII и O VIII в полученных спектрах. Финальная выборка объединила восемь удаленных источников излучения, в спектрах которых имелись следы поглощения O VII и O VIII на z ~ 0 (при нулевом красном смещении, что говорит о небольших расстояниях от наблюдателя). Полученные оценки показывают, что дефицит барионной массы исчезает даже при учете только горячего газа (температура 10⁶-10⁷ К), а более холодной газовой средой, температура которой 10⁵-10⁶ К, можно пренебречь в расчетах.

Окончательная картина представляется обоснованной логически и подтвержденной экспериментом. Горячий газ огромным облаком окружает Млечный Путь. Его диаметр 200 килопарсек, а масса в совокупности превосходит 10 миллиардов звезд, подобных Солнцу! В расчетах получен паритет между массой галактического диска и массой барионного облака вокруг галактики. Таким образом, недостающая часть барионной материи, ставившая ранее под сомнение стандартную космологическую модель Лямбда-CDM, можно считать обнаруженной с помощью рентгеновских данных обсерватории Чандра.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"