Эридан II

Карликовая галактика Эридан II
Данные наблюдений ( J2000 эпоха )
Созвездие	Эридан
Прямое восхождение	03 час 44 м 20.1 с ( Црноевич и др., 2016 г. )
Склонение	−43° 32′ 01,7″ ( Црноевич и др., 2016 )
Расстояние	1,207 ± 29 бивней (370 ± 9 кпк )
Характеристики
Тип	дСф
Видимый размер   (В)	4,6 угловых минут ( Црноевич и др., 2016 )
Примечательные особенности	содержит шаровое скопление, расположенное в центре
Другие обозначения
Эридан 2 ( Копосов и др., 2015 ), DES J0344.3-4331 ( Бехтол и др., 2015 ).

Карлик Эридана II — с низкой поверхностной яркостью карликовая галактика в созвездии Эридана . Эридан II был независимо открыт двумя группами в 2015 году с использованием данных Dark Energy Survey ( Бехтол и др., 2015 ; Копосов и др., 2015 ). Эта галактика , вероятно, является далеким спутником Млечного Пути ( Ли и др., 2016 ). Эридан II содержит центрально расположенное шаровое скопление ; Это самая маленькая и наименее яркая галактика, содержащая шаровое скопление. Црноевич и др., 2016 . Эридан II важен в общем смысле, потому что широко распространенная космология Lambda CDM предсказывает существование гораздо большего количества карликовых галактик, чем до сих пор наблюдалось. Поиск именно таких тел был одним из мотивов продолжающихся наблюдений «Обзора темной энергии» . Эридан II имеет особое значение из-за его очевидно стабильного шарового скопления. Стабильность этого скопления вблизи центра такой маленькой диффузной галактики налагает ограничения на природу темной материи ( Брандт 2016 ; Ли и др., 2016). ).

Открытие и история наблюдений

С конца двадцатого века наиболее широко распространенные космологии были построены на основе модели ΛCDM , которая, в свою очередь, основана на фундаменте космологии Большого взрыва 1960-х и 1970-х годов. Проще говоря, ΛCDM добавляет к Большому взрыву темную энергию (Λ) и холодную темную материю (CDM), чтобы объяснить основные особенности Вселенной, которую мы наблюдаем сегодня. ΛCDM описывает вселенную, в массе которой преобладает темная материя. В такой Вселенной галактики можно было бы рассматривать как аккреции нормальной ( барионной ) материи на самые большие концентрации темной материи. Однако ΛCDM не предсказывает какой-либо конкретный масштаб концентраций CDM ( Копосов и др., 2015 ; Бесла и др., 2010:5 ). Фактически, это предполагает, что в каждой наблюдаемой галактике размером с нашу галактику Млечный Путь должны существовать десятки или сотни меньших тел темной материи ( Копосов и др., 2015 ; Бехтол и др., 2015 ). Они должны содержать гораздо меньше барионной материи, чем «нормальная» галактика. Таким образом, мы должны наблюдать множество очень слабых галактик-спутников вокруг Млечного Пути.

Однако примерно до 1990 года было известно всего около 11 спутников Млечного Пути ( Pawlowski et al., 2015 ; Bechtol et al., 2015 ). Разница между количеством известных спутников и количеством, ожидаемым в ΛCDM, называется проблемой «отсутствующего карлика» или «подструктуры». Саймон и Геха (2007) также обсуждают различные космологические и астрофизические «исправления», которые могли бы согласовать теорию и наблюдения, не требуя большого количества новых карликовых галактик. Предпринимаются попытки определить, можно ли наблюдать предсказанную популяцию слабых галактик-спутников, и в настоящее время сообщается о многих новых карликовых спутниках. Одним из наиболее заметных текущих проектов является Исследование темной энергии (DES), в котором широко используется один из чилийских телескопов нового поколения, 4-метровый инструмент Бланко в Межамериканской обсерватории Серро-Телоло ( Bechtol et al., 2015). : 1 ). По состоянию на начало 2016 года результаты были многообещающими: было обнаружено и зарегистрировано более дюжины новых галактик-спутников.

Эридан II — один из недавно обнаруженных спутников. Открытие было сделано независимо двумя группами, работавшими по данным DES, и их результаты были опубликованы одновременно в 2015 году ( Бехтол и др., 2015 ; Копосов и др., 2015 ). Группа DES и третья группа исследователей провели более подробные последующие наблюдения в конце 2015 года, используя оба инструмента Магеллана в Лас-Кампанас, Чили. Эти наблюдения включали более подробные спектральные данные, а также были сосредоточены на центральном шаровом скоплении Эридана II ( Црноевич и др., 2016 ; Зарицкий и др., 2016 ; Ли и др., 2016 ). Наконец, Црноевич и др. (2016) также провели наблюдения в начале 2016 года с использованием радиотелескопа Берд Грин Бэнк в Грин Бэнк, Западная Вирджиния, США. Дополнительные данные были получены в результате повторного изучения старых обзоров радиотелескопов, которые включали область неба, занимаемую Эриданом II ( Westmeier et al., 2015 ).

Характеристики

Расположение

Эридан II расположен глубоко в южном небе. Поскольку Эридан II — слабый, рассеянный объект, простирающийся на несколько угловых минут неба, его положение невозможно определить с большой точностью. Наиболее подробные наблюдения, вероятно, принадлежат Црноевичу и др. (2016) , которые сообщают (J2000) небесные координаты RA 3h 44m 20,1 с (56,0838°) и Dec -43° 32' 0,1" (-43,5338°). Они соответствуют галактическим координатам l = 249,7835°, b = - 51,6492°. Находясь в галактической плоскости в положении Солнца, лицом к центру галактики, Эридан II находился бы справа и внизу, примерно на полпути вниз по небу от горизонтали.

Расстояние до Эридана II оценивалось с использованием различных методов. Все они полагаются на подгонку наблюдаемых звезд к кривой (изохроне ) на диаграмме цвет-величина (CMD), а затем сравнение светимости звезд целевой галактики со светимостью звезд из эквивалентных положений на CMD в галактиках на известном расстоянии. , после различных поправок на предполагаемый возраст и металличность (полученных частично в процессе аппроксимации кривой). См., например, Sand et al. (2012) . Результаты были довольно последовательными: 330 кпк (1076 тыс . лет ) ( Бехтол и др., 2015 ), 380 кпк (1238 тыс. лет) ( Копосов и др., 2015 ) и 366 ± 17 кпк (1193 ± 55 тыс. лет) ( Црноевич ). и др., 2016 ). Каким бы ни было точное значение расстояния, Эридан II является самым далеким из известных на данный момент тел, которые, вероятно, являются спутниками Млечного Пути ( Там же ).

Скорость

Определение того, является ли Эридан II на самом деле галактикой-спутником, частично зависит от понимания его скорости. Ли и др. (2016) недавно приступили к этой сложной серии измерений. Большая часть трудностей связана с тем фактом, что, хотя Эридан II далек с астрономической точки зрения, он слишком близок с точки зрения космологии. Мало того, что спектральные красные смещения на этом расстоянии весьма малы, к тому же галактику нельзя рассматривать как точечный объект. Ли и др. были вынуждены смотреть на спектры отдельных звезд, все из которых двигались относительно друг друга со скоростями, не намного меньшими, чем у Эридана II по отношению к наблюдателям, которые также двигались с ощутимыми скоростями вокруг центра Земли , Солнце и центр галактики Млечный Путь. Несмотря на эти трудности, Li et al. смогли получить очень плотное распределение скоростей с центром 75,6 км/сек в направлении от нас. Однако, поскольку вращение Солнца вокруг центра Млечного Пути в настоящее время уносит нас почти прямо от Эридана II (т. е. влево от наблюдателя, описанного выше), движение Эридана II фактически уносит его к центру галактики на орбите. около 67 км/сек ( Ли и др., 2016: 5, табл. 1 ).

Хотя эти наблюдения решают проблему радиальной скорости, движения Эридана II к центру галактики Млечный Путь, они не могут решить проблему поперечной скорости, движения под прямым углом к ​​линии между Эриданом II и Млечным Путем. То есть мы не можем определить, вращается ли Эридан II вокруг Млечного Пути или просто движется в его направлении извне системы. Ли и др. (2016: 7–8) сообщают, что Эридан II не имеет «хвоста» или градиента звезд с более низкой (или более высокой) скоростью в определенном направлении, что могло бы дать ключ к пониманию поперечной скорости этой галактики. Однако они отмечают, что объекту, подобному Эридану II, потребуется общая скорость около 200 км/сек, чтобы избежать захвата Млечным Путем. Учитывая его радиальную скорость 75 км/сек, Эридану II потребуется поперечная скорость около 185 км/сек, чтобы избежать захвата, что, конечно, возможно, но маловероятно. Кроме того, они указывают на результаты детальных симуляционных исследований Местной группы ( Garrison-Kimmel et al., 2014). ). Все объекты, расположенные аналогично Эридану II в этих моделированиях, были определены как спутники Млечного Пути ( Ли и др. (2016: 8) ). По причинам, которые будут обсуждаться в заключительном разделе, большинство исследователей теперь полагают, что Эридан II является спутником Млечного Пути с чрезвычайно длительным периодом существования (т. е. несколько миллиардов лет на орбите), который, вероятно, начинает только свое второе сближение с нашей галактикой.

Эридан II движется к центру Млечного Пути со скоростью 67 км/сек. Однако, если применить нынешнее значение постоянной Хаббла ( т.е. около 76 км/сек/Мпк), то пространство между двумя галактиками также увеличивается примерно на 26 км/сек. Также считается, что постоянная Хаббла меняется со временем, так что орбитальную динамику в масштабе мегапарсеков и миллиардов лет невозможно просто вычислить с помощью закона гравитации Ньютона . Кроме того, необходимо учитывать скорость задержки света. Измерения скорости Li et al. (2016) использовали свет, излучаемый Эриданом II примерно миллион лет назад. В настоящий момент Эридан II, вероятно, находится на расстоянии всего лишь около 300 кпк (по сравнению с наблюдаемыми 380 кпк) и его ускорение значительно превышает наблюдаемые 67 км/сек в направлении Млечного Пути.

Размер, форма и вращение

Эридан II не имеет сферической формы, а его эллиптичность (ε) оценивается в 0,45 ( Црноевич и др., 2016 ; Копосов и др., 2015 ). Его размер зависит от предположений о распределении массы и трехмерной структуре. Црноевич и др. (2016) обнаружили, что их данные согласуются с простым экспоненциальным распределением массы и полусветовым радиусом (радиусом, охватывающим половину светимости галактики) 277 ± 14 пк (~ 890 световых лет) с кажущейся полусветовой величиной. диаметр света 4,6 угловых минут для наблюдателей на Земле.

Ожидается, что галактическая структура такого небольшого размера не будет проявлять признаков когерентного вращения. В своих исследованиях скорости Эридана II Ли и др. (2016) не обнаружили градиента скорости или анизотропии, которые могли бы указывать на когерентное вращение. Материал, составляющий Эридан II, должен вращаться вокруг галактического центра, но нет никаких свидетельств четко определенной плоскости или согласованного направления вращения.

Связь с другими объектами

Ряд исследователей высказывали предположения о связи между Магеллановыми Облаками и различными карликовыми галактиками Местной группы , включая Эридан II. Магеллановы Облака — две галактики-спутника. Млечного Пути, которые в настоящее время находятся на расстоянии около 60 кпк и на расстоянии 24 кпк друг от друга. Обзор этой работы – краткий, но убедительный – сделан Копосовым и др. (2015: 16–17) . Копосов и его коллеги отмечают, что Облака демонстрируют значительные признаки искажения, характерные для приливного стресса. Этот стресс мог быть вызван близостью к Млечному Пути, но моделирование предполагает, что оно, скорее всего, является результатом взаимодействия между самими Облаками ( Бесла и др. (2010) ; Диас и Бекки (2011) ).

Группа Копосова предполагает, что Магеллановы Облака имеют правильный размер и возраст, чтобы быть частью рыхлой ассоциации малых галактик, захваченной Млечным Путем, что приводит к разбросу небольших галактик, включая Эридан II, примерно выровненных по траектории Облаков. Как они отмечают, доказательства такой ранее существовавшей ассоциации не являются убедительными, но они объясняют «тревожное» количество небольших галактик, обнаруженных вдоль относительно узкого небесного коридора. Кроме того, известно, что подобные скопления карликовых галактик обитают в определенных коридорах вокруг других крупных галактик Местной группы.

Павловский и др. (2015) также отмечают совпадение Эридана II с Магеллановыми облаками, но сомневаются, что Эридан II действительно является частью Магелланова скопления карликовых галактик из-за его значительного расстояния от других предполагаемых членов группы. С другой стороны, они утверждают, что существует четко выраженная плоскость, идущая от Галактики Андромеды к Млечному Пути. Эта плоскость толщиной всего 50 кпк (160 св. лет), но шириной до 2 Мпк (6,5 млн св. лет) включает в себя 10 известных в настоящее время карликов, все на расстоянии более 300 кпк из любой из главных галактик Местной группы. Эти исследователи отмечают, что Эридан II не так хорошо привязан к плоскости, как другие члены, и предполагают, что это может быть как-то связано с его отдаленным расположением к Магеллановым Облакам.

Звездные свойства

Звездное население и возраст

Звезды Эридана II в значительной степени соответствуют очень старому (~ 10 миллиардов лет) и низкометаллическому ([Fe/H] <-1) населению, подобно другим небольшим карликовым галактикам, а также многим шаровым скоплениям. На его диаграмме цвет-величина (CMD) видна выраженная красная горизонтальная ветвь (RHB), которая иногда отмечает популяцию, богатую металлами ( Копосов и др. (2015: 11) ; Црноевич и др., (2016: 2–3) ). . Ветвь красных гигантов (RGB) относительно вертикальна, что исключает значительную часть молодых (250 миллионов лет или меньше) звезд, богатых металлами ( Crnojević et al., 2016: 2–3 ). Тем не менее, сила Горизонтальной ветви и наличие неожиданно большого количества звезд на левой (т.е. более синей) стороне главной последовательности позволили предположить, что Эридан II содержал как минимум две популяции звезд ( Копосов и др. (2015) Црноевич и др., (2016) ;

Основываясь на этих намеках на основное разнообразие, Црноевич и др. (2016) решили реконструировать CMD как сумму двух популяций. Они нашли хорошее соответствие с моделью, в которой Эридан II состоит из более чем 95% древних звезд, образовавшихся 10 миллиардов лет назад или более, с несколькими процентами звезд среднего возраста, возрастом порядка 3 миллиардов лет. Эта общая картина была частично подтверждена Li et al. (2016) , которые показали, что многие явно молодые звезды в Эридане II имели скорости и спектры, указывающие на них как на загрязнители переднего плана — звезды из галактики Млечный Путь, которые лежали в той же части неба, что и Эридан II.

Яркость и металличность

На основе своей двухкомпонентной модели и известного расстояния до Эридана II Црноевич и др. (2016: 4) определили его абсолютную звездную величину M _V = -7,1 ± 0,3. Из общего количества света, излучаемого Эриданом II, они отнесли 94% (~5,6 ± 1,5 x 10 ⁴ L _⊙ ) к старому звездному населению и 6% (~3,5 ± 3 x 10 ³ L _⊙ ) к звездам среднего возраста.

Ли и др. (2016) рассчитали среднюю металличность Эридана II, измерив размер пиков поглощения триплета кальция в спектрах 16 отдельных звезд в RGB. Для этого метода обычно требуются спектры звезд Горизонтальной ветви, но их невозможно разрешить в достаточной степени в их системе. Поэтому они использовали спектры RGB-звезд с поправками, ранее разработанными группой DES ( Саймон и др., 2015 ). На основании этих данных Li et al. рассчитал очень низкую среднюю металличность -2,38, с широкой дисперсией 0,47 декс. Этот необычно широкий разброс значений металличности может также отражать наличие нескольких звездных популяций.

Масса

Бечтол и др. (2015) оценили общую массу звезд Эридана II порядка 8,3 х 10. ⁴ солнечные массы. Это начальная функция масс, описанная Шабриером (2001) , рассчитанная на основе различных предположений о массе популяции звезд, слишком слабых, чтобы ее можно было обнаружить напрямую. Полуэмпирическая формула Шабрие была основана на звездах, относительно близких к Солнцу, население которых радикально отличалось от звезд Эридана II. Однако оценка основана на основах звездной химии, которые считаются универсальными. Полная масса галактики приведена ниже при обсуждении темной материи .

Шаровое скопление Эридана II

Возможно, самой удивительной особенностью Эридана II является наличие у него собственного шарового скопления . Это делает Эридан II на порядки наименее ярким из известных на сегодняшний день объектов, включающих шаровое скопление ( Црноевич и др., (2016: 4) ). Скопление имеет полусветовой радиус 13 пк (42 св. лет) и абсолютную звездную величину -3,5. На его долю приходится около 4% общей галактической светимости ( Црноевич и др., (2016: 4) ).

Скопление находится в пределах 45 пк (150 световых лет) от расчетного центра галактики (в проекции). Такие ядерные скопления довольно распространены в карликовых галактиках, и это побудило исследования возможной роли ядерных скоплений в формировании галактик ( Георгиев и др., 2009 ; Георгиев и др., 2010 ). Зарицкий и др. (2015) показали, что существование и свойства шарового скопления Эридана II согласуются с тем, что уже известно о скоплениях в карликовых галактиках, если экстраполировать их на объекты неожиданно низкой светимости.

Другие компоненты

Газ

Еще одной непредвиденной особенностью Эридана II было почти полное отсутствие свободного межзвездного газа. До открытия Эридана II астрономы обычно считали, что карликовые галактики, близкие (<300 кпк) к Млечному Пути, в основном не содержат газа, в то время как более отдаленные карликовые галактики сохраняют значительные количества свободного газообразного водорода (например, Гаррисон-Киммель и др.). ., 2014: 14 ; Спеккенс и др., 2014 ). Такой межзвездный газ обнаруживается с помощью радиотелескопов для измерения характерных спектральных характеристик атомарного водорода. Однако ни обзор предыдущих исследовательских работ ( Вестмайер и др., 2016 ), ни целевые наблюдения Эридана II с помощью радиотелескопа ( Црноевич и др., 2016 ) не смогли обнаружить газообразный водород, связанный с Эриданом II.

Считается, что общее отсутствие газа в карликовых галактиках, близких к Млечному Пути (или в других крупных галактиках), является результатом либо приливного отрыва в гравитационном поле большего тела, либо набегающего давления при прямом контакте с его межзвездным газом. конверт (см., например, Jethwa et al., 2016: 17 ). Это понимание привело Црноевича и др., 2016 к выводу, что Эридан II связан с Млечным Путем и находится на втором этапе своего падения в сторону нашей галактики. Однако возможны и другие объяснения. Например, как Ли и др. (2016: 10) отмечают, что Эридан II мог потерять газ во время события реионизации , которое произошло примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва; хотя, как Ли и др. Отметим, что это объяснение несколько несовместимо с наличием популяции звезд среднего возраста, которая предположительно образовалась из свободного водорода 4–6 миллиардов лет назад.

Темная материя

По определению, темная материя практически не взаимодействует с барионной материей, за исключением своего гравитационного поля. Количество темной материи в галактике можно оценить, сравнивая ее динамическую массу, массу, необходимую для учета относительного движения звезд в галактике, с ее звездной массой, массой, содержащейся в звездах, необходимой для учета светимости галактики. . Как отмечалось выше, Bechtol et al. (2015) оценили световую массу Эридана II порядка 8,3 x 10. ⁴ солнечные массы. Кроме того, как пояснялось в предыдущем разделе, Westmeier et al. (2016) и Црноевич и др. (2016) показали, что вклад свободного газа в общую массу Эридана II, вероятно, незначителен и не усложнит сравнение. Осталось только оценить динамическую массу.

Динамическую массу галактики можно оценить, если мы знаем скорости звезд относительно друг друга. Как обсуждалось в разделе о скорости, скорости звезд Эридана II относительно Земли были измерены Ли и др. (2016) . Тогда движение звезд относительно друг друга можно оценить по изменению («дисперсии») скоростей относительно стороннего наблюдателя. Это число было рассчитано Li et al. (2016: 5) и оказалась σ _v = 6,9 км/сек. Однако, как упоминалось в разделе о скоростях, измерить скорости звезд можно только в одном направлении, вдоль линии, соединяющей наблюдателя и Эридан II. К счастью, этого достаточно. Вольф и др. (2010) показали, что обязательно симметричное движение звезд в шаровом скоплении или сфероидальном карлике позволяет рассчитать динамическую массу, включаемую в радиус полусвета (т. е. радиус, охватывающий половину светимости), исходя только из дисперсии лучевых скоростей, с очень несколько дополнительных предположений.

Применяя эту формулу, Li et al. (2016: 5–6) обнаружили, что полусветовая динамическая масса составляла порядка 1,2 x 10 ⁷ солнечные массы. Используя оценку общей светящейся массы Бехтола и др., это означало бы, что 99,7% массы Эридана II составляет темная материя. Однако эта связь чаще выражается как отношение массы к светимости в солнечных единицах (M _⊙ /L _⊙ ). Таким образом, применяя результаты по светимости Црноевича и др. (2016) , Ли и др. (2016) сообщают об отношении массы к свету, равном 420. Обратите внимание, что соотношение темной материи к барионной материи во Вселенной в целом составляет порядка 5 или 6. Очевидно, что в Эридане II в чрезвычайной степени доминирует темная материя.

Обсуждение и значение

Эридан II в основном привлек внимание астрофизического сообщества в трех областях. Это (1) частичное подтверждение предсказаний космологии ΛCDM относительно количества маленьких, слабых карликовых галактик в Местной группе ; (2) вопросы, которые Эридан II поднимает об истории Млечного Пути и Магеллановых Облаков ; и (3) ограничения, налагаемые на природу темной материи неожиданным открытием явно стабильного шарового скопления в центре этой странной маленькой галактики. Первые два пункта в некоторой степени обсуждались в предыдущих разделах. Третий требует немного больше внимания.

Эридан II и Лямбда-CDM

Как отмечалось во вступительном разделе, одной из основных целей Обзора темной энергии было определение того, существует ли на самом деле количество слабых карликовых галактик, предсказанное космологией ΛCDM . В целом DES, похоже, преуспевает. Конечно, DES и аналогичные усилия показали, что область вокруг Млечного Пути содержит гораздо большее количество карликовых галактик, чем было известно несколько десятилетий назад. Однако окончательный результат этих поисков пока неясен. В частности, Копосов и др. (2015) кратко прозвучат две интересные, но противоречивые нотки. Во-первых, они отмечают, что карликовые галактики, выявленные DES, в основном слишком большие и слишком яркие. Они не относятся к классу по-настоящему крошечных, почти невидимых объектов, предсказанных многими версиями ΛCDM. Скорее, это объекты, подобные уже выявленным в Слоанском цифровом обзоре неба ( Копосов и др., 2015: 13) ). Таким образом, что-то может быть не так в наших ожиданиях. Второй и, возможно, связанный с этим момент заключается в том, что Слоанский обзор «показал, что, по-видимому, существует разрыв в распределении эффективных радиусов между шаровыми скоплениями (ШС) и карликами, который распространяется на широкий диапазон светимостей». Копосов и др. (2015: 1) . То есть, если не найти новую популяцию, промежуточную между шаровыми скоплениями и нынешним поколением довольно крепких галактических карликов, мы можем быть вынуждены заключить, что в определенных масштабах организации темной материи есть что-то особенное. Хотя такой разрыв вряд ли угрожает основам космологии ΛCDM, он требует серьезного объяснения.

Галактическая история

Как упоминалось ранее, Li et al. (2016) предварительно пришли к выводу, что Эридан II является спутником Млечного Пути. Хотя скорости, определенные этими исследователями, соответствуют либо первому, либо второму падению, они полагают, что более вероятно, что Эридан II совершает второй подход к нашей галактике. В частности, они указывают на отсутствие межзвездного газа в Эридане II. Это легче всего объяснить, если более раннее столкновение с Млечным Путем лишило галактику свободного газа в результате приливного отрыва или давления тарана. Кроме того, они отмечают, что второй эпизод звездообразования, предположительно ответственный за популяцию звезд среднего возраста, примерно совпадает с оценками орбитального периода Эридана II, полученными на основе моделирования ELVIS: то есть около трех миллиардов лет.

Эридан II также потенциально важен для истории Магеллановых Облаков и Местной группы. И Копосов и др. (2015) и Павловский и др. (2015) отметили его соответствие другим галактическим карликам, связанным с Магеллановыми Облаками, хотя Эридан II довольно далек от других членов этой группы. Павловский и др. (2015) отмечают, что он также связан с рядом карликов, связанных с Галактикой Андромеды , но кажется немного выходящим за пределы плоскости. Соответственно, Эридан II может быть членом любого из этих галактических сообществ, обоих или ни одного из них. Каким бы ни было окончательное решение, Эридан II, вероятно, станет важным фактором в разрешении этого важного сегмента нашей галактической истории.

Ограничения на темную материю

В недавней важной статье Брандт (2016) утверждал, что наличие стабильного шарового скопления вблизи центра Эридана II накладывает серьезные ограничения на некоторые возможные формы темной материи . Хотя было предложено любое количество кандидатов на роль темной материи, основных претендентов можно разделить на две группы: WIMPS ( слабо взаимодействующие массивные частицы ) и MACHO ( массивные компактные объекты гало ). Один важный класс MACHO состоит из первичных черных дыр . Эти объекты могут варьироваться от 10 ⁻² до 10 ⁵ солнечной массы или выше, в зависимости от деталей применимой космологии и степени возможного слияния после Большого взрыва. См., например, Гарсия-Беллидо (2017) . Работа Брандта посвящена черным дырам в среднем и верхнем конце этого диапазона масс.

Брандт отмечает, что физика шаровых скоплений аналогична физике диффузии. Повторяющиеся гравитационные обмены между телами постепенно выравнивают кинетическую энергию, которая пропорциональна квадрату скорости. Конечным эффектом в течение достаточно длительного времени является сортировка по массе. Более массивные объекты с низкой скоростью имеют тенденцию оставаться вблизи центра скопления, в то время как менее массивные объекты перемещаются по более удаленным траекториям или полностью выбрасываются из системы. В любом случае скопление постепенно расширяется, при этом наиболее массивные объекты остаются сравнительно близко к центру масс. Учитывая подавляющее доминирование темной материи в Эридане II, гравитационная динамика шарового скопления должна определяться темной материей. И если темная материя представляет собой в основном скопление черных дыр размером больше средней звезды, эффект сортировки должен привести к тому, что скопление расширится до больших размеров и, возможно, в конечном итоге выкинет все звезды, кроме самых крупных. Грин (2016) недавно расширил уравнения Брандта, чтобы учесть широкий диапазон масс черных дыр.

У этого аргумента есть несколько ограничений, все из которых признается и обсуждается Брандтом. Здесь уместны три из них. Во-первых, из всего множества возможных типов темной материи, предложенных теоретиками, ровно один получил экспериментальное подтверждение; но именно об этом типе черной дыры здесь идет речь. Во всяком случае, первое обнаружение гравитационных волн с помощью LIGO показало (а) что черные дыры такого размера действительно существуют и (б) что они достаточно распространены, поэтому столкновение и слияние двух таких объектов было первым дискретным событием, наблюдаемым LIGO. ( Эбботт и др., 2016 ). Во-вторых, как обсуждали Брандт (2016) и Карр (2016) , сила ограничений, налагаемых шаровым скоплением Эридана II, зависит как от доли темной материи, состоящей из этих черных дыр промежуточной массы, так и от распределения этой материи. и временные рамки, учитываемые для процесса массовой сортировки. В-третьих, шаровое скопление Эридана II практически уникально. Вполне возможно, хотя и не очень вероятно, что скопление окажется загрязнителем переднего плана, временным явлением или структурой, образовавшейся где-то еще и недавно захваченной Эриданом II. Короче говоря, шаровое скопление Эридана II, вероятно, будет важной, но не решающей частью лексикона темной материи в течение некоторого времени.

Ссылки

Эбботт Б.П. и др . (2016), Наблюдение гравитационных волн в результате слияния двойных черных дыр , Physical Review Letters 116: 061102. doi: 10.1103/PhysRevLett.116.061102.

Альберт А и др . [Сотрудничество Fermi-LAT и DES] (2017), Поиск аннигиляции темной материи в недавно открытых спутниках Млечного Пути с помощью Fermi-LAT , The Astrophysical Journal 834: 110 (15 стр.). arXiv : 1611.03184

Бечтол К. и др . (2015), Восемь новых спутников Млечного Пути обнаружены в данных первого года исследования темной энергии . Астрофизический журнал 807: 50. doi: 10.1088/0004-637X/807/1/50.

Бирс Т.С. и др . (2005), Функция распределения металличности гало Млечного Пути . Труды Международного астрономического союза, 1 (S228), стр. 175–183. arXiv : astro-ph/0508423

Бесла Г., Н. Калливаялил, Л. Хернквист, Р.П. ван дер Марель, Т.Дж. Кокс и Д. Кереш (2010) Моделирование Магелланова потока в сценарии первого падения . Письма Астрофизического журнала, 721: L97. два : 10.1088/2041-8205/721/2/L97

Брандт Т.Д. (2016), Ограничения на темную материю MACHO из компактных звездных систем в ультратусклых карликовых галактиках . Письма Астрофизического журнала 824: L31. arXiv : 1605.03665

Касагранде Л., Р. Шенрих, М. Асплунд, С. Кассизи, И. Рамирес, Дж. Мелендес, Т. Бенсби и С. Фельтцинг (2011), Новые ограничения на химическую эволюцию окрестностей Солнца и галактических дисков: улучшенные астрофизические параметры для Женевского - Копенгагенское исследование . Астрономия и астрофизика 530: A138 (21 стр.). дои: 10.1051/0004-6361/201016276

Шабриер Дж. (2001), Баланс массы галактического диска. I. Функция масс и плотность звезд. Астрофизический журнал 554: 1274. doi: 10.1086/321401.

Црноевич Д., DJ Санд, Д. Зарицкий, К. Спеккенс, Б. Уиллман и Дж. Р. Харгис (2016), Глубокие изображения Эридана II и его одинокого звездного скопления . Письма Астрофизического журнала 824: L14. arXiv : 1604.08590

Диас Дж. и К. Бекки (2011), Ограничение орбитальной истории Магеллановых облаков: новый связанный сценарий, предложенный приливным происхождением Магелланова потока . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, 413: 2015–2020 гг. дои: 10.1111/j.1365-2966.2011.18289.x .

Гаррисон-Киммел С., М. Бойлан-Колчин, Дж. С. Баллок и К. Ли (2014), ЭЛВИС: Исследование локального объема в симуляциях , Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, 438: 2578–2596. дои: 10.1093/mnras/stt2377

Георгиев И.Ю., М. Хилкер, Т.Х. Пузия, П. Гудфрой и Х. Баумгардт (2009), Системы шаровых скоплений в близких карликовых галактиках – II. Ядерные звездные скопления и их связь с массивными шаровыми скоплениями Галактики . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 396: 1075–85. doi: 10.1111/j.1365-2966.2009.14776.x

Георгиев И.Ю., Т.Х. Пузия, П. Гудфрой и М. Хилкер (2010), Системы шаровых скоплений в близких карликовых галактиках – III. Эффективности образования старых шаровых скоплений . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 406 (3): 1967–84. doi: 10.1111/j.1365-2966.2010.16802.x

Грин А.М. (2016), Микролинзирование и динамические ограничения на темную материю первичных черных дыр с расширенной функцией масс . Физический обзор D 94: 063530. arXiv: 1609.01143v2

Джетва П., Д. Эркал и В. Белокуров (2016), Магелланово происхождение карликов DES . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 461: 2212–2233. дои: 10.1093/mnras/stw1343

Копосов С.Е., Беликуров В., Торреальба Г. и Эванс Н.В. (2015), Звери дикой природы юга: открытие девяти ультратусклых спутников в окрестностях Магеллановых Облаков . Астрофизический журнал 805: 130. doi: 10.1088/0004-637X/805/2/130.

Ли Т.С. и др . (2016), Самый дальний сосед: далекий спутник Млечного Пути Эридан II . arXiv : 1611.05052 .

Маджи М., К. Чжу, Ф. Мариначчи и И.С. Ли (2017), Существует ли диск спутников вокруг Млечного Пути? arXiv : 1702.00485 .

Павловский М.С., С.С. Макгоф и Х. Джерджен (2015), Новые спутники Млечного Пути: выравнивание с помощью VPOS и прогнозы собственных движений и дисперсии скоростей . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества 453: 1047–1061. arXiv : 1505.07465

Сэнд DJ, Дж. Стрейдер, Б. Уиллман, Д. Зарицкий, Б. МакЛеод, Н. Колдуэлл, А. Сет и Э. Ольшевски (2012), Приливные следы в самых слабых спутниках Млечного Пути: подробные свойства Льва V, Рыб II и Псов Венатичи II . Астрофизический журнал 756: 79. doi: 10.1088/0004-637X/756/1/79.

Саймон Дж. Д. и М. Геха, (2007) Кинематика ультратусклых спутников Млечного Пути: решение проблемы пропавшего спутника . Астрофизический журнал 670: 313. doi: 10.1086/521816.

Саймон Дж.Д. и др., (2015) Звездная кинематика и металличность в ультратусклой карликовой галактике Reticulum II . Астрофизический журнал 808: 95. doi: 10.1088/0004-637X/808/1/95.

Спеккенс К. , Н. Урбанчич, Б. С. Мейсон, Б. Уиллман и Дж. Э. Агирре (2014), Нехватка нейтрального водорода в галактических карликовых сфероидальных галактиках . Письма Астрофизического журнала, 795(1): L5. дои: 10.1088/2041-8205/795/1/L5

Вестмайер Т., Л. Стейвли-Смит, М. Калабретта, Р. Юрек, Б. С. Корибальски, М. Мейер, А. Поппинг и О. И. Вонг (2015), О содержании нейтрального газа в девяти новых кандидатах в галактики-спутники Млечного Пути . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества 453: 338–344. arXiv : 1507.03661

Вольф Дж., Г.Д. Мартинес, Дж.С. Буллок, М. Каплингхат, М. Геха, Р.Р. Муньос, Дж.Д. Саймон и Ф.Ф. Аведо (2010), Точные массы галактик, поддерживаемых дисперсией . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества 406: 1220–1237. doi: 10.1111/j.1365-2966.2010.16753.x

Зарицкий Д., Д. Црноевич и DJ Сэнд (2016), Являются ли шаровые скопления Млечного Пути расположенными в неоткрытых галактиках? Письма Астрофизического журнала 826: L9. arXiv : 1604.08594