Det finns inte många galaxer som Vintergatan i närheten. Nu vet vi varför

By | November 24, 2023

Vintergatan är en spiralgalax, kanske till och med en högdesignad spiralgalax. Vi kan inte vara säkra ur vår synvinkel. Men en sak är säker: det finns inte många skivgalaxer som denna i vår del av universum som kallas det supergalaktiska planet.

Vi kan lokalisera saker på jorden med hjälp av kompasspunkter och latituder och longituder. Men i rymden fungerar det inte. Astronomer använder det supergalaktiska koordinatsystemet för att beskriva var galaxer finns.

En del av det koordinatsystemet är Supergalactic Plane (SGP), som innehåller den lokala grupp av galaxer där Vintergatan ligger. SGP är nästan vinkelrät mot Vintergatans plan.

Det supergalaktiska planet är en del av ett referenssystem för det lokala universum. Det är en enorm, platt cirkel en miljard ljusår tvärs över, även om den här bilden bara visar en del av den. Det är centrerat på den lokala gruppen, som är där Vintergatan ligger. Bildkredit: Av RobbertMoolhuijsen – Eget arbete, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=99507637

Den exakta naturen hos SGP (dess dimensioner, dess form och dess förhållande till andra kosmologiska strukturer) är inte säker. “Strukturen av SGP är inte väl beskriven av en homogen ellipsoid,” skrev ett team av forskare i sin 2000-tidning i MNRAS och tillade att “strukturen ändrar form med radien, varierande mellan en tillplattad pannkaka och en hantel.”

Men forskare vet att GSP är fullt av galaxer. Ljusa elliptiska galaxer dominerar GSP, medan spiraler som Vintergatan är sällsynta. Bristen på spiralgalaxer uppmärksammades av en grupp forskare från Europa. De använde superdatorsimuleringar för att försöka mäta populationen och fördelningen av galaxer i SGP.

Resultaten publiceras i Nature Astronomy i deras artikel “Distinct distributions of elliptical and disk galaxies in the local supercluster as a CDM prediction.” Huvudförfattare är Till Sawala, från institutionen för fysik vid Helsingfors universitet i Finland. Sawala var tidigare knuten till Institute for Computational Cosmology vid Durham University i Storbritannien.

“Galaxer av olika typer är inte lika fördelade i lokaluniversum”, skriver forskarna i sin uppsats. “Det supergalaktiska planet sticker ut bland de ljusaste elliptiska galaxerna, men går obemärkt förbi bland de ljusaste skivgalaxerna.” Den slående skillnaden sätter scenen för deras forskning, som syftar till att testa vår förståelse av hur galaxer bildas och utvecklas, och om deras bildning och evolution passar Lambda CDM-modellen.

Forskarna använde SIBELIUS, som står för Simulations Beyond the Local Universe, för att undersöka SGP:s natur. Med deras ord syftar de till att “konfrontera förutsägelserna av standardmodellen för Lambda Cold Dark Matter (?CDM) och standardteorin om galaxbildning med dessa observationer.”

SIBELIUS strävar efter att koppla samman den lokala gruppen med dess kosmiska miljö.

Detta är en av SIBELIUS-simuleringarna som inte är en del av denna artikel.  Den visar hur simuleringen kan producera galaxer analoga med Vintergatan och M31.  Bildkredit: Hasta Sawala/SIBELIUS
Detta är en av SIBELIUS-simuleringarna som inte är en del av denna artikel. Den visar hur simuleringen kan producera galaxer analoga med Vintergatan och M31. Bildkredit: Hasta Sawala/SIBELIUS

En av styrkorna med SIBELIUS är att den kan visa hur små störningar kan förändra resultat i större skala. Tidigare SIBELIUS-simuleringar visade att närvaron av det stora magellanska molnet påverkar hur Vintergatan och Andromeda (M31) kretsar runt varandra som ett par binära galaxer.

Men det är bara en förklarande bakgrund till den nya forskningen.

SIBELIUS kan simulera universum från dess födelse för mer än 13 miljarder år sedan till idag. I dessa nuvarande simuleringar fann Sawala och hans kollegor att fördelningen av elliptiska och spiraler beror på olika förhållanden inom och utanför SGP. Inuti är galaxerna mer trånga och utanför GSP är den galaktiska tätheten lägre.

Inom SGP interagerar galaxer och smälter samman med varandra oftare. Dessa interaktioner förvandlar vackra spiraler som Vintergatan till ellipser, som i princip är ellipser eller sfärer utan urskiljbara armar.

Men utanför GSP interagerar galaxer mer sällan. Därmed kan Vintergatan och andra liknande behålla sin form.

“Vi finner att SIBELIUS DARK reproducerar den rumsliga fördelningen av skivor och elliptiska linjer och i synnerhet det observerade överskottet av massiva elliptiska linjer nära den supergalaktiska ekvatorn”, skriver forskarna.

Denna forskningsfigur illustrerar några av teamets resultat.  Visar fördelningen av de mest massiva (vänster), mellanliggande (mitten) och elliptiska (höger) skivorna.  De mörka och ljusa symbolerna visar individuella galaxer som ligger inom respektive utanför denna region, och procenttalen längst upp till höger på varje panel uttrycker deras relativa antal.  SIBELIUS visar att 72 % av de mest massiva skivgalaxerna, som Vintergatan, ligger utanför GSP, medan 57 % av de mest massiva elliptiska galaxerna finns inom GSP.  Bildkredit: Sawala et al.  2023
Denna forskningsfigur illustrerar några av teamets resultat. Visar fördelningen av de mest massiva (vänster), mellanliggande (mitten) och elliptiska (höger) skivorna. De mörka och ljusa symbolerna visar individuella galaxer som ligger inom respektive utanför denna region, och procenttalen längst upp till höger på varje panel uttrycker deras relativa antal. SIBELIUS visar att 72 % av de mest massiva skivgalaxerna, som Vintergatan, ligger utanför GSP, medan 57 % av de mest massiva elliptiska galaxerna finns inom GSP. Bildkredit: Sawala et al. 2023

SIBELIUS-resultaten är i linje med observationer, vilket hjälper till att bekräfta dess användbarhet. “Denna massskillnad överensstämmer med observationsstudier av galaxer i det lokala universum, som också finner att de mest massiva galaxerna är överväldigande elliptiska”, skriver Sawala och hans kollegor i sin tidning.

För att växa behöver skivgalaxer som Vintergatan tillgång till gas och minimal interaktion med andra galaxer. Den miljön ligger utanför PEC. “Vi drar slutsatsen att miljön som råder i det supergalaktiska planet hämmar de villkor som krävs för bildandet av massiva skivor: en historia av tyst fusion och en kontinuerlig tillförsel av kall gas”, förklarar författarna.

Så vad säger dessa resultat oss om Lambda Cold Dark Matter (CDM)-modellen? Den modellen är den nuvarande standardmodellen för kosmologi. Det står att 27% av universum är mörk materia, medan 68% är mörk energi, och endast 5% är baryonisk materia, eller vanlig materia som utgör stjärnor, planeter och till och med oss. Kylan syftar på att mörk materia rör sig mycket långsammare än ljusets hastighet. Mörkt hänvisar till det faktum att det knappt interagerar med normal materia eller elektromagnetisk energi.

Enligt Sawala och hans medförfattare hjälper dessa resultat till att bekräfta Lambda CDM-modellen. Detta beror på att SIBELIUS är baserad på vår förståelse av universum, inklusive CDM. Så om du återger det vi ser hjälper det till att bekräfta CDM.

“De slående olika fördelningarna av elliptiska och ljusa skivor i förhållande till det supergalaktiska planet kräver ingen fysik utöver standardmodellen”, skriver de. Istället uppstår SGP-relaterade distributioner “naturligt i Lambda CDM-ramverket.” Fördelningen är en del av standardmodellen för hur galaxer bildas och utvecklas.

För oss spelar det ingen större roll om vi lever i en spiral/diskgalax eller en elliptisk. Men det är värt att utforska hur vår typ av galax passar in i naturen. Dessa resultat stärker de redan kraftfulla argumenten till förmån för Lambda CDM-modellen.

Om vi ​​bara kunde ta reda på vad den mörka materien egentligen är.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *