Када се мала галаксија спусти преблизу Млечном путу, гравитација наше веће галаксије намотава је у њу. Гас и звезде се рипају из пролазеће галаксије док пада према долини, стварајући токове материјала који се протежу између галактичког пара. Ови потоци и даље раздвајају звезде све док падајући објект не буде потпуно потрошен. Након завршетка спајања, неки од преосталих знакова прождиреног објекта су звјездане струје које пролазе Млијечним путем, мали узорак звијезда из галаксије одавно несталих.
Поред тога што је запис прошлости, један од ових токова може да пружи и први непосредни доказ за мале кластере тамне материје - неухватљиви материјал за који се верује да чини 85 процената све материје у универзуму. Недавна анализа трагова звезда открива да је она деловала са густим објектом у последњих неколико стотина милиона година. Након што су искључили највероватније осумњичене, истраживачи су утврдили да је релативно недавно направљен јаз у потоку можда био узрокован малом грудом тамне материје. Ако се потврди, вртлози овог звјезданог тока могли би помоћи научницима да разврстају кроз супротстављене теорије о тамној материји и можда се чак и приближе у карактеристикама мистериозног материјала.
Звјездани ток познат као ГД-1 је танки ток материјала заробљен у Галактичком халоу, лабава колекција звијезда и гасова који окружују диск Млијечног Пута. Користећи податке објављене прошлог априла из свемирског телескопа Гаиа Европске свемирске агенције, који је у процесу састављања нај детаљније мапе звезда Млечног пута икада направљеног, астрономи су могли да користе прецизне позиционе податке да реконструишу кретање звезда у ГД -1. Издубљен из облака материјала, ток је последњи остатак објекта који је наша галаксија вероватно појела у последњих 300 милиона година - оком за помицање астрономских временских размака.
Умјетнички приказ ЕСА-ове свемирске опсерваторије Гаиа, астрометријски телескоп дизајниран за мерење положаја и кретања звезда. (ЕСА / НАСА) Гаиа је пронашла два мала пукотина у потоку, прво недвосмислено посматрање празнина у звезданом току, као и густу збирку звезда која се зове спур. Заједно, ове карактеристике сугеришу да је мали, али масиван предмет уздрмао материјал потока.
"Мислим да је ово први директни динамички доказ за ситну [структуру] тамне материје", каже Адриан Прице-Вхелан, астроном са Института Флатирон у Њујорку. Радећи са Аном Бонаком из Харвард-Смитхсониан центра за астрофизику, Прице-Вхелан је истраживао новонастале структуре у ГД-1 како би утврдио њихов извор и представио резултате раније ове године на зимском састанку Америчког астрономског друштва.
**********
С око 33.000 светлосних година (10 килопарсека), ГД-1 је најдужи звездани ток у галактичком халоу. Док су Прице-Вхелан и његови колеге били у могућности да користе моделе како би показали да је један јаз настао током генерисања тока, други јаз је остао мистерија. Међутим, заједно са слагалицом, Гаиа је такође открила решење: бура.
Када објект путује поред или кроз звјездани ток, он омета звијезде. Прице-Вхелан упоређује поремећај са снажним млазом зрака који струји кроз млаз воде. Вода - или звезде - пливају према спољашњем путу разарача, стварајући јаз. Неки се крећу тако брзо да беже из потока и одлете у свемир, изгубљени заувек. Други су повучени натраг у ток да би формирали вртложне особине које астрономи називају шурицама. Након неколико стотина милиона година, већина бура се стапа натраг у ток, а остаје само јаз, иако неки могу дугорочно живети.
Када је реч о примећивању грађевина у звјезданим токовима, Прице-Вхелан назива ГД-1 "током Голдилоцкс", јер се он налази на правом мјесту. ГД-1 се налази унутар звезда Млечног пута, али креће се у супротном смеру, што астрономима олакшава одабир звезда у току из околних објеката. "На било којој локацији креће се другачије од начина на који се креће већина других звијезда у том дијелу неба", каже Прице-Вхелан.
Истраживачи су моделирали који тип објеката може бити одговоран за релативно новорођенчад који је примећен у ГД-1. Они су утврдили да одговорни објект мора тежити са масом негде између милион и 100 милиона пута већу од масе сунца. Протежући се у дужини од само 65 светлосних година (20 пц), предмет би био невероватно густ. Интеракција између потока и густог објекта вероватно би се догодила у последњих неколико стотина милиона година, током 13, 8 милијарди милијарди година свемира.
Дијаграм наше галаксије, Млечни пут. (НАСА / ЈПЛ-Цалтецх / Р. Хурт (ССЦ / Цалтецх)) Тамна материја није једини објекат који је могао пореметити звјездани ток. Глобуларни кластер или патуљаста галаксија која се приближава у близини такође би могла створити јаз и пролет. Прице-Вхелан и његове колеге су окренули поглед према свим познатим таквим објектима и израчунали им орбиту, откривши да ниједан није дошао довољно близу ГД-1 у последњих милијарду година да га уздрма. Случајни сусрет са првобитном црном рупом могао је послати звезде потока да лете, али био би то изузетно редак догађај.
Према симулацијама тамне материје које омогућавају мале структуре, делови семенки тамне материје распршени су кроз галаксије попут Млечног пута. Очекује се да ће се ток попут ГД-1 сусрести са најмање једним таквим семеном у последњих 8 милијарди година, што тамну материју чини много вероватнијим узнемирењем на основу броја сусрета него било који други објекат.
**********
Тамна материја чини већину масе у свемиру, али она никада није директно посматрана. Две водеће теорије за његово постојање су топли модел тамне материје и модел Ламбда хладне тамне материје (ΛЦДМ), што је модел који преферира већина научника. Под ΛЦДМ, тамна материја формира накупине које могу бити велике као галаксија или мале попут соде. Модели топле тамне материје сугерирају да материјал има мање масивне честице и недостаје им конструкција величине конзерве коју модел ΛЦДМ предлаже. Проналажење доказа за мање тамне материје могло би помоћи да се уклоне одређени модели и почну сужавати неке карактеристике ситних материја.
"Токови су можда једини пут који бисмо могли [искористити] за проучавање најнижег масе онога што тамна материја ради", каже Прице-Вхелан. "Ако желимо бити у стању да потврдимо или одбацимо или искључимо различите теорије тамне материје, заиста морамо знати шта се дешава на [доњем] крају."
Подаци Гаије помогли су да се идентификују звезде праменова, али нису довољно детаљни да би се упоредиле разлике у брзини између њих и звезда у потоку, што би могло да помогне да се потврди да је тамна материја ометала структуру. Прице-Вхелан и његове колеге желе да користе НАСА-ов свемирски телескоп Хуббле за даље проучавање кретања слабашних звезда у ГД-1. Иако је Гаиа отворила врата за опсежно испитивање кретања звезда кроз Млечни пут, Прице-Вхелан каже да се не може такмичити са ХСТ-ом када су у питању веома слабе звезде. "Можете да бушите много дубље када имате наменски телескоп попут Хубблеа, " каже он.
Разлике у начину на који се звезде потока и налет крећу могу помоћи астрономима да утврде колико енергије носи узнемирујући објекат, као и да омогуће истраживачима да израчунају његову орбиту. Ове информације би се могле искористити за проналажење распадајуће груде тамне материје и проучавање њене непосредне околине.
Поред дубљег проучавања ГД-1, астрономи планирају да примене исте технике које омогућују Гаијеви подаци на више од 40 других токова који окружују Млечни пут. Примећивање бодова и празнина у другим токовима и њихово везивање за тамну материју могло би даље побољшати наше разумевање начина на који тајанствена супстанца делује са видљивом галаксијом.
Након деценија загонетања мистеријом тамне материје, празнине и клице у звјезданим токовима попут ГД-1 коначно могу помоћи у откривању тајни супстанце која чини већину универзума. "Ово је једна од најузбудљивијих ствари која је изашла из Гаје", каже Прице-Вхелан.
