Эридан II - Eridanus II

Карликовая галактика Эридана II
Данные наблюдений (J2000 эпоха )
Созвездие	Эридан
Прямое восхождение	03час 44м 20.1s (Црноевич и др., 2016 )
Склонение	−43° 32′ 01.7″ (Црноевич и др., 2016 )
Расстояние	1190 ± 55 кли (366 ± 17 кпк ) (Црноевич и др., 2016 )
Характеристики
Тип	dSph
Видимый размер (V)	4.6 arcmin (Црноевич и др., 2016 )
Примечательные особенности	содержит центрально расположенное шаровое скопление
Прочие обозначения
	Эридан 2 (Копосов и др. 2015 г. ), DES J0344.3-4331 (Bechtol et al., 2015 ).

В Гном Эридана II это низкая поверхностная яркость карликовая галактика в созвездие Эридан. Эридан II был независимо открыт двумя группами в 2015 году с использованием данных Обзор темной энергии (Bechtol et al., 2015; Копосов и др. 2015 г. ). Этот галактика вероятно далекий спутник Млечный Путь. Ли и др., 2016. Эридан II содержит центрально расположенный шаровое скопление; и является самой маленькой и наименее яркой галактикой, содержащей шаровое скопление. Црноевич и др., 2016. Эридан II важен в общем смысле, потому что широко признанный Лямбда-космология CDM предсказывает существование гораздо большего числа карликовых галактик, чем наблюдалось. Поиск именно таких тел был одним из мотивов продолжающегося Обзор темной энергии наблюдения. Эридан II имеет особое значение из-за его явно стабильного шарового скопления. Стабильность этого скопления вблизи центра такой маленькой диффузной галактики накладывает ограничения на природу темная материя. Брандт 2016.

Открытие и история наблюдений

С конца двадцатого века наиболее широко распространенные космологии были построены на основе ΛCDM модель который, в свою очередь, основан на фундаменте Большой взрыв космологии 1960-х и 1970-х годов. Проще говоря, ΛCDM добавляет темная энергия (Λ) и холодная темная материя (CDM) к Большому взрыву, чтобы объяснить основные особенности Вселенной, которые мы наблюдаем сегодня. ΛCDM описывает вселенную, в массе которой преобладает темная материя. В такой Вселенной галактики можно рассматривать как скопления нормальных (барионный ) материи на самые большие концентрации темной материи. Однако ΛCDM не предсказывает какой-либо конкретный масштаб концентраций CDM (Копосов и др. 2015 г.; Бесла и др., 2010: 5 ). Фактически, это предполагает, что для каждой наблюдаемой галактики должны быть десятки или сотни меньших тел из темной материи размером с нашу галактику Млечный Путь (Копосов и др. 2015 г.; Bechtol et al., 2015 ). Они должны содержать гораздо меньше барионной материи, чем «нормальная» галактика. Таким образом, мы должны наблюдать множество очень слабых спутниковых галактик вокруг Млечного Пути.

Однако примерно до 1990 г. было известно только 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 «проблемы субструктуры».^[2] 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. Были предприняты усилия, чтобы определить, можно ли наблюдать предсказанную популяцию слабых спутниковых галактик, и теперь сообщается о многих новых карликовых спутниках. Одна из самых заметных нынешних попыток - это Обзор темной энергии (DES), в котором широко используется один из чилийских телескопов нового поколения, 4-метровый инструмент Бланко на Межамериканская обсерватория Серро-Телоло (Bechtol et al., 2015: 1 ). По состоянию на начало 2016 года результаты были многообещающими: наблюдалось и сообщалось о более чем дюжине новых галактик-спутников.

Эридан II - один из таких недавно открытых спутников. Открытие было сделано независимо двумя группами, работавшими с данными DES, и их результаты были опубликованы одновременно в 2015 г.Bechtol et al. 2015 г.; Копосов и др., 2015 ). Группа DES и третья группа исследователей провели более подробные последующие наблюдения в конце 2015 года, используя оба метода. Инструменты Magellan в Лас Кампанас, Чили. Эти наблюдения включали более подробные спектральные данные, а также фокусировались на центральном шаровом скоплении Эридана II (Црноевич и др., 2016; Зарицкий и др., 2016; Ли и др., 2016 ). Ну наконец то, Crnojević et al. (2016) также провели наблюдения в начале 2016 г. Радиотелескоп Берда Грин Бэнк в Грин-Бэнк, Западная Вирджиния, США. Дополнительные данные были получены в результате пересмотра более старых обзоров радиотелескопов, которые включали область неба, занятую Эриданом II (Westmeier et al., 2015 ).

Характеристики

Место расположения

Эридан II находится глубоко в южном небе. Поскольку Эридан II - слабый рассеянный объект, расположенный на несколько угловых минут неба, его положение не может быть определено с большой точностью. Наиболее подробные наблюдения, вероятно, принадлежат Crnojević et al. (2016), которые сообщают (J2000) небесные координаты РА 3ч 44м 20,1с (56,0838 °) и Декабрь −43 ° 32 '0,1 "(−43,5338 °). Это соответствует галактические координаты из l = 249,7835 °, b = -51,6492 °. Таким образом, если бы мы стояли на галактической плоскости в положении нашего Солнца, лицом к центру нашей галактики, Эридан II был бы справа от нас и ниже нас, примерно на полпути вниз по небу от горизонтали.

Расстояние до Эридана II было оценено с помощью различных методов. Все полагаются на подгонку наблюдаемых звезд к кривой ( изохрона ) на диаграмма цвет-величина (CMD), затем сравнивая светимость звезд целевой галактики со светимостью звезд из эквивалентных позиций на CMD в галактиках с известным расстоянием после различных поправок на оценочный возраст и металличность (частично получено из процесса аппроксимации кривой). См., Например, Sand et al. (2012). Результаты были довольно последовательными: 330 кпк (1076 кли ) (Bechtol et al., 2015 ), 380 кпк (1238 кл.) (Копосов и др., 2015 ) и 366 ± 17 кпк (1193 ± 55 кл.л.) (Црноевич и др., 2016 ). Каким бы ни было точное значение расстояния, Эридан II является наиболее удаленным из известных в настоящее время тел, которые, вероятно, являются спутниками Млечного Пути (Идентификатор. ).

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. Не только спектральные красные смещения довольно мала на таком расстоянии, но галактику нельзя рассматривать как точечный объект. Ли и др. были вынуждены смотреть на спектры отдельных звезд, каждая из которых двигалась относительно друг друга со скоростью, не намного меньшей, чем у Эридана II по отношению к наблюдателям, которые также двигались с заметной скоростью вокруг центра Земли. , Солнце и центр нашей галактики. Несмотря на эти трудности, Li et al. смогли получить очень точное распределение скоростей с центром на 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 (то есть влево от наблюдателя, описанного выше), движение Эридана II фактически несет его. к центр нашей галактики на скорости около 67 км / сек (Ли и др., 2016: 5, таблица 1 ).

Хотя эти наблюдения решают проблему радиальной скорости, движения Эридана II к центру нашей галактики, 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 на Эридане II не наблюдается «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 - конечно, возможно, но маловероятно. Кроме того, они указывают на результаты детальных имитационных исследований Местная группа (Гаррисон-Киммел и др., 2014 г. ). Все объекты, расположенные аналогично Эридану II в этих симуляциях, были определены как спутники Млечного Пути (Ли и др. (2016: 8) ).^[3] По причинам, которые будут обсуждены в заключительном разделе, большинство исследователей теперь полагают, что Эридан II - это спутник Млечного Пути с чрезвычайно большим периодом (то есть несколько миллиардов лет на орбиту), вероятно, только начинающий свое второе приближение к нашей галактике.

Эридан II движется к центру Млечного Пути со скоростью 67 км / сек. Однако, применяя текущее значение Постоянная Хаббла (т.е. около 76 км / сек / Мпк), расстояние между двумя галактиками также увеличивается примерно на 26 км / сек. Также считается, что постоянная Хаббла изменяется со временем, поэтому орбитальную динамику в масштабе мегапарсеков и миллиардов лет нельзя просто вычислить, используя Закон всемирного тяготения Ньютона. Кроме того, необходимо учитывать скорость задержки света. Измерения скорости Ли и др. (2016) использовали свет, излучаемый Эриданом II около миллиона лет назад. В настоящий момент Эридан II, вероятно, находится всего в 300 кпк (по сравнению с наблюдаемыми 380 кпк) и значительно ускорился по направлению к Млечному Пути, превышая наблюдаемые 67 км / сек.^[4]

Размер, форма и поворот

Эридан II не имеет сферической формы, а его эллиптичность (ε) оценивается примерно в 0,45 (Црноевич и др., 2016; Копосов и др., 2015 ). Его размер зависит от предположений о распределении массы и трехмерной структуре. Crnojević et al. (2016) обнаруживают, что их данные согласуются с простым экспоненциальный распределение массы и радиус полусвета (радиус, охватывающий половину светимости галактики) 277 ± 14 пк (~ 890 световых лет) с видимым диаметром полусвета 4,6 arcmin наблюдателям на Земле.

Предполагается, что галактическая структура такого небольшого размера не будет иметь признаков когерентного вращения.^[2] В своих исследованиях скорости Эридана II, Ли и др. (2016) не обнаружил градиента скорости или анизотропии, которые указывали бы на когерентное вращение. Материал, из которого состоит Эридан II, должен вращаться вокруг галактического центра, но нет никаких доказательств наличия четко определенной плоскости или согласованного направления вращения.

Отношение к другим объектам

Ряд рабочих высказали предположение о связи между Магеллановы облака и различные карликовые галактики в Местная группа, включая Эридана II. Магеллановы облака - две галактики-спутники^[5] Млечного Пути, которые в настоящее время удалены друг от друга примерно на 60 кпк и разделены друг от друга на 24 кпк. Обзор этой работы - кратко, но убедительно - Копосов и др. (2015: 16–17). Копосов и его коллеги отмечают, что облака показывают значительные признаки искажения, характерные для приливного стресса. Этот стресс мог быть вызван близостью к Млечному Пути, но моделирование предполагает, что это более вероятно в результате взаимодействия между самими Облаками (Besla et al. (2010); Диаз и Бекки (2011) ).

Группа Копосова предполагают, что Магеллановы Облака имеют правильный размер и возраст, чтобы быть частью слабосвязанной ассоциации малых галактик, захваченных Млечным путем, в результате чего разброс малых галактик, включая Эридан II, примерно выровнен вдоль траектория облаков. Как они отмечают, доказательства такой существовавшей ранее ассоциации не являются убедительными, но они действительно объясняют «тревожное» количество небольших галактик, обнаруженных вдоль относительно узкого небесного коридора. Кроме того, известно, что подобные скопления карликовых галактик населяют определенные коридоры вокруг других крупных галактик Местной группы.

Pawlowski et al. (2015) также обратите внимание на выравнивание Эридана II с Магеллановыми Облаками, но сомневайтесь, 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 определенная плоскость, идущая от Галактика Андромеды к Млечному Пути. Эта плоскость толщиной всего 50 кпк (160 св. Лет), но шириной до 2 Мпк (6,5 млн св. Лет) включает 10 известных в настоящее время карликов, все из которых более 300 кпк из любой из главных галактик Местной группы. Эти исследователи отмечают, что Эридан II не так сильно привязан к плану, как другие члены, и предполагают, что это может иметь какое-то отношение к его отдаленной ориентации на Магеллановы Облака.^[6]

Звездные свойства

Звездное население и возраст

Звезды в Эридане II в значительной степени соответствуют очень старому (~ 10 миллиардов лет) и низкометаллическому ([Fe / H] <−1) населению, как и другие маленькие карликовые галактики, а также многие шаровые скопления. Его диаграмма цвет-величина (CMD) показывает отмеченную красную горизонтальную ветвь (RHB), которая иногда отмечает богатую металлами популяцию (Копосов и др. (2015: 11); Црноевич и др. (2016: 2–3) ). В Красный гигантский филиал (RGB) является относительно вертикальным, что исключает любую значительную часть молодых (250 миллионов лет или меньше) богатых металлами звезд (Црноевич и др., 2016: 2–3 ). Тем не менее, сила Горизонтальная ветвь и наличие неожиданно большого количества звезд слева (то есть более синей) стороны главной последовательности, предполагает, что Эридан II содержит по крайней мере две популяции звезд (Копосов и др. (2015); Црноевич и др., (2016) ).

Основываясь на этих намёках на скрытое разнообразие, Црноевич и др., (2016) решили реконструировать CMD как сумму двух популяций. Они нашли хорошее совпадение с моделью, в которой Эридан II состоит из более 95% древних звезд, сформированных 10 миллиардов лет назад или более, с несколькими процентами звезд среднего возраста, возраст которых составляет порядка 3 миллиардов лет. Эту общую картину частично подтвердили Ли и др. (2016), который показал, что многие, казалось бы, молодые звезды в Эридане II имеют скорости и спектры, указывающие на них как на примеси переднего плана - звезды из нашей собственной галактики, которые просто лежат в той же части неба, что и Эридан II.

Яркость и металличность

Основываясь на своей двухкомпонентной модели и известном расстоянии до Эридана II, Црноевич и др., (2016: 4) определил его абсолютная величина M_V = -7,1 ± 0,3. Из общего количества света, испускаемого Эриданом II, они отнесли 94% (~ 5,6 ± 1,5 x 10⁴ L_⊙) к старому звездному населению и 6% (~ 3,5 ± 3 x 10³ L_⊙) к звездам среднего возраста.

Ли и др. (2016) рассчитал среднюю металличность Эридана II, измерив размер пиков поглощения триплета кальция в спектрах от 16 отдельных звезд на RGB. Для этого метода обычно требуются спектры звезд с горизонтальной ветвью, но они не могут быть достаточно разрешены в их системе. Поэтому они использовали спектры звезд RGB с поправками, ранее разработанными группой DES (Саймон и др., 2015 ). Исходя из этих данных, Ли и др. рассчитал очень низкую среднюю металличность -2,38,^[7] с широким разбросом 0,47 dex. Этот необычно большой разброс значений металличности может также отражать наличие множественных звездных популяций.

Масса

Bechtol et al. (2015) оценили общую массу звезд в Эридане II порядка 8,3 x 10⁴ солнечные массы. Это функция начальной массы, описанная Шабрие (2001), рассчитанный на основе различных предположений о массе населения звезд, слишком слабых для непосредственного обнаружения. Полуэмпирическая формула Шабрие была основана на звездах, относительно близких к нашему Солнцу, а население радикально отличается от звезд Эридана II. Однако оценка основана на основах звездной химии, которые считаются универсальными. Полная масса галактики приведена ниже при обсуждении темная материя.

Шаровое скопление Эридана II

Пожалуй, самой удивительной особенностью Эридана II является то, что он имеет собственный шаровое скопление. Это делает Эридан II на несколько порядков наименее светящимся из всех известных до сих пор объектов, включающих шаровое скопление (Црноевич и др., (2016: 4) ). Скопление имеет радиус полусвета 13 пк (42 св. Лет) и абсолютную звездную величину -3.5. На его долю приходится около 4% всей светимости Галактики (Црноевич и др., (2016: 4) ).

Скопление находится в пределах 45 пк (150 св. Лет) от рассчитанного центра Галактики (в проекции). Такие ядерные скопления довольно часто встречаются в карликовых галактиках, и это побудило исследовать возможную роль ядерных скоплений в формировании галактик (Георгиев и др., 2009 г.; Георгиев и др., 2010 ). Зарицкий и др. (2015) показали, что существование и свойства шаровых скоплений Эридана II согласуются с тем, что уже известно о скоплениях в карликовых галактиках, при экстраполяции на объекты с неожиданно низкой светимостью.

Прочие компоненты

Газ

Другой неожиданной 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 далекие карликовые галактики сохраняют значительное количество свободного газообразного водорода (например, Гаррисон-Киммел и др., 2014: 14; Spekkens et al., 2014 ). Такой межзвездный газ обнаруживается с помощью радиотелескопов для измерения характерных спектральных характеристик атомарного водорода. Однако ни обзор предыдущих исследований (Westmeier et al., 2016 ), ни прицельных радиотелескопических наблюдений Эридана II (Црноевич и др., 2016 ) смогли обнаружить газообразный водород, связанный с Эриданом II.

Полагают, что общее отсутствие газа в карликовых галактиках вблизи Млечного Пути (или других больших галактик) является результатом либо приливного разрыва в гравитационном поле более крупного тела, либо давления тарана в результате прямого контакта с его межзвездным газом. конверт (см., например, Jethwa et al., 2016: 17 ). Это понимание привело Црноевич и др., 2016 сделать вывод, что Эридан II привязан к Млечному Пути и совершает второе падение в сторону нашей Галактики. Однако возможны и другие объяснения. Например, как Ли и др. (2016: 10) указывают на то, что Эридан II мог потерять газ во время Событие реионизации который произошел примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва; хотя, как отмечает 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.^[8]

Темная материя

По определению, Темная материя практически не взаимодействует с барионной материей, кроме как через ее гравитационное поле. Количество темной материи в галактике можно оценить, сравнив ее динамическую массу, массу, необходимую для учета относительного движения звезд в галактике, с ее звездной массой, массой, содержащейся в звездах, необходимой для учета массы галактики. яркость. Как указано выше, Bechtol et al. (2015) оценили светящуюся массу Эридана II порядка 8,3 x 10⁴ солнечные массы. Кроме того, как объяснялось в предыдущем разделе, Westmeier et al. (2016) и Crnojević et al. (2016) показали, что вклад свободного газа в общую массу Эридана II, вероятно, незначителен и не усложняет 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 на Эридане II относительно Земли были измерены с помощью Ли и др. (2016). Тогда движение звезд относительно друг друга можно оценить по вариация («разброс») скоростей относительно стороннего наблюдателя. Это число было подсчитано Ли и др. (2016: 5) и оказалось, что σ_v = 6,9 км / сек. Однако, как упоминалось в разделе о скоростях, можно измерить скорости звезд только в одном направлении, вдоль линии, соединяющей наблюдателя и Эридан II. К счастью, этого достаточно. Wolf et al. (2010) показали, что обязательно симметричное движение звезд в шаровом скоплении или сфероидальном карлике позволяет вычислить динамическую массу, включенную в радиус полусвета (т.е. радиус, охватывающий половину светимости), только на основе дисперсии лучевых скоростей с очень небольшими дополнительными предположениями. .

Применяя эту формулу, Ли и др. (2016: 5–6) обнаружили, что динамическая масса полусвета была порядка 1,2 x 10⁷ солнечные массы. Используя оценку Бехтола и др. Общей светящейся массы, это означает, что 99,7% массы Эридана II составляет темная материя. Однако это соотношение чаще выражается как отношение массы к световому потоку в солнечных единицах (M_⊙/ Л_⊙). Таким образом, используя результаты светимости Crnojević et al. (2016), Ли и др. (2016) сообщают, что отношение массы к свету составляет 420. Обратите внимание, что отношение темной материи к барионной материи во Вселенной в целом составляет порядка 5 или 6. Очевидно, что в Эридане II преобладает темная материя в необычайной степени.

Обсуждение и значение

Эридан II в основном привлекал внимание астрофизического сообщества в трех областях. Это (1) частичное подтверждение предсказаний ΛCDM космология относительно количества маленьких слабых карликовых галактик в Местная группа; (2) вопросы, которые поднимает Эридан II об истории Млечный Путь и Магеллановы облака; и (3) ограничения на природу темная материя неожиданным обнаружением, по-видимому, стабильного шаровое скопление в самом сердце 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 вводном разделе, одна из основных целей Обзор темной энергии состояла в том, чтобы определить, предсказывает ли число слабых карликовых галактик ΛCDM космология на самом деле существовал. В общем, DES кажется успешным. Конечно, DES и аналогичные исследования показали, что область вокруг Млечного Пути содержит гораздо большее количество карликовых галактик, чем было известно несколько десятилетий назад. Однако окончательный результат этого поиска все еще неясен. Особенно, Копосов и др. (2015) вкратце озвучим две интересные, но противоречивые ноты. Во-первых, они отмечают, что карликовые галактики, идентифицированные DES, в основном слишком большие и слишком яркие. Они не относятся к классу действительно крошечных, почти невидимых объектов, предсказываемых многими версиями ΛCDM. Скорее, это объекты, аналогичные тем, которые уже идентифицированы в Sloan Digital Sky Survey (Копосов и др., 2015: 13) ). Таким образом, наши ожидания могут быть неправильными. Второй и, возможно, связанный с этим момент заключается в том, что обзор Слоуна «показал, что, по-видимому, существует разрыв в распределении эффективных радиусов между шаровыми скоплениями (ШС) и карликами, который распространяется в большом диапазоне светимости». Копосов и др. (2015: 1). То есть, не обнаружив новой популяции, промежуточной между шаровыми скоплениями и нынешним урожаем довольно крепких галактических карликов, мы можем быть вынуждены сделать вывод, что в определенных масштабах организации темной материи есть что-то особенное. Хотя такой разрыв вряд ли угрожает основам космологии ΛCDM, он потребует серьезного объяснения.

Галактическая история

Как упоминалось ранее, Ли и др. (2016) предварительно сделать вывод, 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 второе приближение 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 за счет приливного разрыва 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 из моделирования ELVIS: то есть около трех миллиардов лет.

Эридан II также потенциально важен для истории Магеллановых Облаков и Местной группы. Обе Копосов и др. (2015) и Pawlowski et al. (2015) отметили его соответствие с другими галактическими дварфами, связанными с Магеллановыми Облаками, хотя Эридан II довольно далеко от других членов этой группы. Pawlowski et al. (2015) заметьте, что он также связан с рядом гномов, связанных с Галактика Андромеды, но кажется немного не в плоскости. Соответственно, Эридан II может быть членом любого из этих галактических сообществ, обоих или ни одного из них. Каким бы ни был окончательный приговор, Эридан II, вероятно, станет важным фактором в разрешении этого важного сегмента нашей галактической истории.

Ограничения на темную материю

В важной недавней статье Брандт (2016) утверждал, что наличие стабильного шарового скопления вблизи центра Эридана II налагает серьезные ограничения на некоторые возможные формы темная материя. Хотя было предложено любое количество кандидатов на темную материю, основных претендентов можно разделить на две группы: WIMPS (Слабо взаимодействующие массивные частицы ) и МАЧО (Массивные компактные гало-объекты ). Один важный класс MACHO состоит из изначальные черные дыры. Эти объекты могут варьироваться от 10⁻² до 10⁵ массы Солнца или выше, в зависимости от деталей применимой космологии и степени возможного слияния после Большого взрыва. См., Например, Гарсиа-Беллидо (2017). В своей работе Брандт обращается к черным дырам в средней и верхней границах этого диапазона масс.

Брандт отмечает, что физика шаровых скоплений аналогична физике диффузии. Повторяющиеся гравитационные обмены между телами постепенно выравнивают кинетическую энергию, пропорциональную квадрату скорости. Чистый эффект за достаточно долгое время - сортировка по массе. Более массивные и низкоскоростные объекты, как правило, остаются ближе к центру скопления, в то время как менее массивные объекты устанавливаются на более далекие траектории или полностью удаляются из системы. В любом случае скопление постепенно расширяется, а самые массивные объекты остаются относительно близко к центру масс. Учитывая подавляющее преобладание темной материи в Эридане II, гравитационная динамика шарового скопления должна определяться темной материей. И если темная материя в основном представляет собой совокупность черных дыр размером больше средней звезды, эффект сортировки должен вызвать расширение скопления до большого размера и, возможно, в конечном итоге выбросить все, кроме самых крупных звезд. Зеленый (2016) недавно расширил уравнения Брандта, чтобы учесть широкий диапазон масс черных дыр.^[9]

У этого аргумента есть несколько ограничений, все из которых признаются и обсуждаются Брандтом. Здесь уместны три из них. Во-первых, из всех множества возможных типов темной материи, предложенных теоретиками, только один получил экспериментальную поддержку; но именно об этом типе и идет речь. По крайней мере, первое обнаружение гравитационных волн LIGO показал (а), что черные дыры такого размера действительно существуют, и (б) что они достаточно распространены, чтобы столкновение и слияние двух таких объектов было первым дискретным событием, наблюдаемым LIGO (Abbott et al., 2016 ). Во-вторых, как обсуждалось 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, распределения этой материи, так и от временных масштабов, разрешенных для процесса сортировки по массе. В-третьих, шаровое скопление Эридана II практически уникально. Возможно, если не особо вероятно, что скопление окажется загрязнением переднего плана, временным явлением или структурой, сформированной 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.

Цитаты

^ Эридан II в литературе обычно группируется с другими карликовыми сфероидальными галактиками, но эта характеристика еще не определена. Одна группа классифицировала Эридан II как вероятный или кандидатный dSph (Albert et al., 2017: 4, примечание к таблице 1 ). Pawlowski et al. (2015: 2, таблица 1) просто назовите ее "несекретной карликовой" галактикой.
^ ^а ^б Саймон, Джошуа Д.; Геха, Марла (2007). "Кинематика сверхслабых спутников Млечного Пути: решение проблемы пропавшего спутника". Астрофизический журнал. 670 (1): 313. arXiv:0706.0516. Bibcode:2007ApJ ... 670..313S. Дои:10.1086/521816. ISSN 0004-637X.
^ Пакет моделирования Гаррисон-Киммел и др. (2014) называется ELVIS для исследования локального объема при моделировании. Это уместно, что Ли и др. (2016) использовать ELVIS для моделирования движения центра масс Эридана II это путь, а также поперечно вращающийся который Кстати, как мог только король!
^ Для получения более точных чисел потребуется больше информации о массе Млечного Пути и распределении этой массы, чем мы имеем в настоящее время. Это одна из причин, по которой работа над небесной механикой в космических масштабах, как правило, проводится с использованием нескольких симуляций при различных предположениях, а не путем каких-либо более простых вычислений.
^ Технически это «карликовые» галактики, но обе они намного больше, чем такие объекты, как Эридан II. Фактически, совокупная масса Облаков, вероятно, будет в 10 000 раз больше, чем у Эридана II. Сравнивать Копосов и др. (2015: 16–17) с Ли и др. (2016: 5, таблица 1)
^ Работа Павловского о структуре Местной группы подвергалась критике в нескольких статьях, иногда даже резко. См., Например, Bechtol et al. (2015); Maji et al. (2017). Оценка конкурирующих разногласий выходит далеко за рамки данной статьи. Однако Павловски утверждает, что описываемые им структуры имеют тенденцию нарушать основы Лямбда-космология CDM. Следовательно, здесь может быть поставлено больше, чем детали галактической географии.
^ Чтобы поместить это число в контекст, обратите внимание, что по соседству с нашим Солнцем практически нет звезд с такой низкой металличностью (Casagrande et al., 2011 ). Даже в галактическом гало Млечного Пути звезды с металличностью менее -2,0 встречаются редко (Бирс и др., 2005 г. ).
^ Альтернативное, хотя и тривиальное объяснение состоит в том, что Эридан II столкнулся с какой-то большой массой, отличной от Млечного Пути, в какой-то момент за последние 5 миллиардов лет или около того.
^ Зеленый (2016) также приводит убедительные аргументы, выходящие за рамки данного обсуждения. Вкратце, массы такого рода должны вызывать временные гравитационное линзирование события, для которых нет видимого источника гравитационного искажения. Анализ данных из Спутник EROS миссии 1990-х годов должны были обнаружить, но не смогли обнаружить такие события (за одним спорным исключением, как отметил Грин).

Координаты: 03^час 44^м 20.1^s, −43° 32′ 01.7″

[1] Эридан II в литературе обычно группируется с другими карликовыми сфероидальными галактиками, но эта характеристика еще не определена. Одна группа классифицировала Эридан II как вероятный или кандидатный dSph (Albert et al., 2017: 4, примечание к таблице 1 ). Pawlowski et al. (2015: 2, таблица 1) просто назовите ее "несекретной карликовой" галактикой.

[SimonGeha07-2] а ^б Саймон, Джошуа Д.; Геха, Марла (2007). "Кинематика сверхслабых спутников Млечного Пути: решение проблемы пропавшего спутника". Астрофизический журнал. 670 (1): 313. arXiv:0706.0516. Bibcode:2007ApJ ... 670..313S. Дои:10.1086/521816. ISSN 0004-637X.

[3] Пакет моделирования Гаррисон-Киммел и др. (2014) называется ELVIS для исследования локального объема при моделировании. Это уместно, что Ли и др. (2016) использовать ELVIS для моделирования движения центра масс Эридана II это путь, а также поперечно вращающийся который Кстати, как мог только король!

[4] Для получения более точных чисел потребуется больше информации о массе Млечного Пути и распределении этой массы, чем мы имеем в настоящее время. Это одна из причин, по которой работа над небесной механикой в космических масштабах, как правило, проводится с использованием нескольких симуляций при различных предположениях, а не путем каких-либо более простых вычислений.

[5] Технически это «карликовые» галактики, но обе они намного больше, чем такие объекты, как Эридан II. Фактически, совокупная масса Облаков, вероятно, будет в 10 000 раз больше, чем у Эридана II. Сравнивать Копосов и др. (2015: 16–17) с Ли и др. (2016: 5, таблица 1)

[6] Работа Павловского о структуре Местной группы подвергалась критике в нескольких статьях, иногда даже резко. См., Например, Bechtol et al. (2015); Maji et al. (2017). Оценка конкурирующих разногласий выходит далеко за рамки данной статьи. Однако Павловски утверждает, что описываемые им структуры имеют тенденцию нарушать основы Лямбда-космология CDM. Следовательно, здесь может быть поставлено больше, чем детали галактической географии.

[7] Чтобы поместить это число в контекст, обратите внимание, что по соседству с нашим Солнцем практически нет звезд с такой низкой металличностью (Casagrande et al., 2011 ). Даже в галактическом гало Млечного Пути звезды с металличностью менее -2,0 встречаются редко (Бирс и др., 2005 г. ).

[8] Альтернативное, хотя и тривиальное объяснение состоит в том, что Эридан II столкнулся с какой-то большой массой, отличной от Млечного Пути, в какой-то момент за последние 5 миллиардов лет или около того.

[9] Зеленый (2016) также приводит убедительные аргументы, выходящие за рамки данного обсуждения. Вкратце, массы такого рода должны вызывать временные гравитационное линзирование события, для которых нет видимого источника гравитационного искажения. Анализ данных из Спутник EROS миссии 1990-х годов должны были обнаружить, но не смогли обнаружить такие события (за одним спорным исключением, как отметил Грин).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]