Penerbitan peta baru dari seluruh langit terjauh galaksi Bimasakti – dapat menawarkan tes baru teori materi gelap.

Para astronom telah merilis peta baru dari semua langit untuk bagian terjauh dari galaksi Bima Sakti kita. Sumber: NASA / JPL-Caltech / NSF / R. Hurt

Sorotan dari skema baru ini adalah kebangkitan bintang-bintang, yang didorong oleh sebuah galaksi kecil untuk bertabrakan Bima Sakti. Peta itu juga bisa menawarkan tes baru teori materi gelap.

Para astronom menggunakan data dari NASA Teleskop Badan Antariksa Eropa (ESA) telah merilis peta baru seluruh langit untuk wilayah terjauh di galaksi kita. Wilayah ini, yang dikenal sebagai galaksi halo, terletak di luar lengan spiral yang membentuk cakram pusat yang dikenal sebagai Bima Sakti, dan berpenduduk jarang. Meskipun aura tampaknya sebagian besar kosong, namun diperkirakan juga mengandung reservoir materi gelap yang sangat besar, zat misterius dan tak terlihat yang diyakini membentuk sebagian besar massa di alam semesta.

Data untuk peta baru ini berasal dari misi Gaia Badan Antariksa Eropa dari ESA dan Penjelajah Survei Inframerah Lebar Objek Bumi Dekat NASA, atau NEOWISE, yang beroperasi dari 2009 hingga 2013 dengan judul WISE. Studi tersebut menggunakan data yang dikumpulkan oleh pesawat ruang angkasa antara 2009 dan 2018.

Visualisasi ini menunjukkan cakram pusat Bima Sakti dan galaksi terdekat yang lebih kecil yang disebut Awan Magellan Besar. Peta Bintang Baru untuk Semua Langit Plot lokasi bintang-bintang di wilayah luar Bima Sakti (dikenal sebagai halo galaksi), dari sekitar 200.000 tahun cahaya hingga 325.000 tahun cahaya dari pusat Bima Sakti. Kredit: NASA /Laboratorium Propulsi Jet-Caltech / NSF / R. Garavito Camargo dan J. Bisla

Peta baru mengungkapkan bagaimana sebuah galaksi kecil yang disebut Large Magellanic Cloud (LMC) – dinamai demikian karena ini adalah yang terbesar dari dua galaksi kerdil yang mengorbit Bima Sakti – berlayar melalui halo Bima Sakti seperti kapal melintasi air, menciptakan gravitasinya. tarik yang terbangun di Bintang-bintang di belakangnya. LMC terletak sekitar 160.000 tahun cahaya dari Bumi dan kurang dari seperempat massa Bima Sakti.

Meskipun aura bagian interior ditetapkan pada tingkat yang tinggi KesehatanIni adalah peta pertama yang memberikan gambaran serupa dari wilayah luar halo, di mana kewaspadaan telah ditemukan – sekitar 200.000 tahun cahaya hingga 325.000 tahun cahaya dari pusat galaksi. Studi sebelumnya telah menunjukkan keberadaan terjaga, tetapi seluruh peta langit mengkonfirmasi keberadaannya dan memberikan penjelasan rinci tentang bentuk, ukuran, dan lokasinya.

Gangguan pada aura ini juga memberi para astronom kesempatan untuk mempelajari sesuatu yang tidak dapat mereka amati secara langsung: materi gelap. Meskipun tidak memancarkan, memantulkan, atau menyerap cahaya, efek gravitasi materi gelap telah diamati di seluruh alam semesta. Diperkirakan untuk membuat perancah tempat galaksi dibangun, sehingga tanpa mereka, galaksi akan terbang terpisah saat mereka berputar. Materi gelap diperkirakan lima kali lebih umum di alam semesta daripada semua materi yang memancarkan dan / atau berinteraksi dengan cahaya, dari bintang, planet, hingga awan gas.

Meskipun ada banyak teori tentang sifat materi gelap, semuanya menunjukkan bahwa ia pasti ada di lingkaran cahaya Bima Sakti. Jika demikian, maka saat LMC berlayar melalui wilayah ini, ia juga akan meninggalkan jejak materi gelap. Kebangkitan yang diamati di peta bintang baru diyakini sebagai garis besar kebangkitan materi gelap ini; Bintang seperti daun di permukaan lautan yang tak terlihat ini, berubah posisinya dengan materi gelap.

Interaksi antara materi gelap dan Awan Magellan Besar memiliki implikasi besar bagi galaksi kita. Saat LMC mengorbit Bima Sakti, gravitasi materi gelap menarik dan memperlambat LMC. Hal ini akan menyebabkan orbit galaksi katai menjadi semakin kecil, hingga akhirnya galaksi tersebut bertabrakan dengan Bima Sakti dalam waktu sekitar 2 miliar tahun. Penggabungan semacam ini bisa menjadi pendorong utama pertumbuhan galaksi masif di seluruh alam semesta. Faktanya, para astronom percaya bahwa Bima Sakti bergabung dengan galaksi kecil lainnya sekitar 10 miliar tahun yang lalu.

Perampasan energi dari galaksi yang lebih kecil ini bukan hanya alasan LMC bergabung dengan Bima Sakti, tetapi juga alasan untuk Semua “Penggabungan galaksi terjadi,” kata Rohan Naidoo, seorang mahasiswa doktoral astronomi di Universitas Harvard dan salah satu penulis makalah baru. “Dorongan di peta kami adalah konfirmasi yang sangat keren bahwa gambaran dasar kami tentang bagaimana galaksi bergabung ke tempatnya!”

Kesempatan langka

Penulis makalah juga percaya bahwa peta baru – bersama dengan data tambahan dan analisis teoritis – dapat memberikan tes berbagai teori tentang sifat materi gelap, seperti apakah itu terdiri dari partikel, seperti materi biasa, dan apa yang mereka lakukan. properti adalah. Partikel-partikel ini.

“Bisa dibayangkan bahwa kewaspadaan di balik perahu akan berbeda jika perahu itu berlayar di air atau melalui madu,” kata Charlie Conroy, seorang profesor di Universitas Harvard dan astronom di Pusat Astrofisika. Harvard dan Smithsonian, penulis bersama studi ini. “Dalam hal ini, sifat terjaga ditentukan oleh teori materi gelap yang kami terapkan.”

Conroy memimpin tim yang memetakan lokasi lebih dari 1.300 bintang di aura. Tantangan muncul dalam mencoba mengukur jarak yang tepat dari Bumi ke sebagian besar bintang-bintang itu: seringkali tidak mungkin untuk mengetahui apakah sebuah bintang redup dan dekat atau terang dan jauh. Tim tersebut menggunakan data dari misi Gaia ESA, yang memberikan posisi banyak bintang di langit tetapi tidak dapat mengukur jarak ke bintang-bintang di wilayah luar Bima Sakti.

Setelah mengidentifikasi bintang-bintang yang paling mungkin berada di korona (karena tidak ada secara jelas di dalam galaksi kita atau LMC), tim mencari bintang-bintang yang termasuk dalam kelas bintang raksasa dengan “tanda” cahaya tertentu yang dapat dideteksi oleh NEOWISE. Mengetahui karakteristik dasar dari bintang-bintang yang dipilih memungkinkan tim untuk mengetahui jarak mereka dari Bumi dan membuat peta baru. Ini memplot wilayah yang dimulai sekitar 200.000 tahun cahaya dari pusat Bima Sakti, atau di sekitar tempat aktivitas LMC diharapkan dimulai, dan meluas sekitar 125.000 tahun cahaya setelahnya.

Conroy dan rekan-rekannya menjadi inspirasi untuk pencarian kebangkitan LMC setelah mengetahui tim astrofisikawan di University of Arizona di Tucson membuat model komputer yang memprediksi seperti apa bentuk materi gelap dalam aura galaksi. Kedua kelompok bekerja sama dalam studi baru.

Sebuah model oleh tim Arizona, yang dimasukkan dalam studi baru, memperkirakan struktur keseluruhan dan lokasi spesifik dari kebangkitan bintang yang terungkap di peta baru. Setelah data mengonfirmasi bahwa model itu benar, tim dapat memastikan apa yang telah ditunjukkan oleh penyelidikan lain: Kemungkinan LMC berada di orbit pertamanya di sekitar Bima Sakti. Jika galaksi yang lebih kecil telah membuat banyak orbit, bentuk dan lokasi kebangkitannya akan sangat berbeda dari yang diamati. Para astronom percaya bahwa LMC terbentuk di lingkungan yang sama dengan Bima Sakti dan galaksi lain di dekatnya, M31, dan berada di ambang menyelesaikan orbit panjang pertama di sekitar galaksi kita (berusia sekitar 13 miliar tahun). Orbit berikutnya akan jauh lebih pendek karena interaksinya dengan Bima Sakti.

“Mengonfirmasi prediksi teoretis kami dengan data observasi memberi tahu kami bahwa pemahaman kami tentang interaksi antara dua galaksi ini, termasuk materi gelap, berada di jalur yang benar,” kata Nicholas Garavito-Camargo, mahasiswa doktoral astronomi di Universitas Arizona. Formulir yang digunakan di kertas.

Peta baru ini juga memberikan kesempatan langka bagi para astronom untuk menguji sifat materi gelap (air atau madu) di galaksi kita. Dalam studi baru, Garavito-Camargo dan rekannya menggunakan teori materi gelap umum yang disebut materi gelap dingin yang relatif cocok dengan peta bintang yang diamati. Tim Universitas Arizona sekarang menjalankan simulasi yang menggunakan berbagai teori materi gelap untuk melihat mana yang paling cocok dengan kebangkitan yang diamati di bintang-bintang.

“Ini adalah serangkaian keadaan khusus yang bersatu untuk menciptakan skenario ini yang memungkinkan kita menguji teori materi gelap kita,” kata Jortina Bisla, rekan penulis studi dan asisten profesor di Universitas Arizona. “Tapi kami hanya bisa merealisasikan tes ini dengan menggabungkan peta baru ini dengan simulasi materi gelap yang telah kami buat.”

Pesawat ruang angkasa WISE diluncurkan pada 2009, dan dialihkan ke hibernasi pada 2011 setelah menyelesaikan misi utamanya. Pada September 2013, NASA mengaktifkan kembali pesawat ruang angkasa dengan tujuan utama mensurvei objek di dekat Bumi, atau NEO, dan misi serta pesawat ruang angkasa tersebut diganti namanya menjadi NEOWISE. Laboratorium Propulsi Jet NASA di California Selatan mengelola dan mengoperasikan WISE untuk Direktorat Misi Sains NASA. Misi tersebut dipilih secara kompetitif di bawah Program Penjelajah NASA yang dikelola oleh Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard di Greenbelt, Maryland. NEOWISE adalah proyek dari Jet Propulsion Laboratory (JPL), sebuah divisi dari Institut Teknologi California dan Universitas Arizona, dengan dukungan dari Kantor Koordinasi Pertahanan Planet NASA.