Ученые нашли гигантский «лист материи», управляющий движением галактик Млечного Пути

Исследователи установили, что Млечный Путь располагается внутри крупного сплющенного слоя материи, который определяет движение соседних галактик. Такая структура помогает объяснить давнюю аномалию: большинство близких галактик не падают к Млечному Пути под действием гравитации, а постепенно удаляются. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.

В области за пределами Млечного Пути и Андромеды новые модели позволили сопоставить положения и скорости 31 галактики. На основе выявленных расхождений Эвуд Вемпе из Университета Гронингена пришёл к выводу, что движение лучше всего описывается структурой, похожей на сплющенный лист.

Вемпе, как ведущий автор и руководитель моделирования, показал, что вещество над и под этим слоем распределяется неравномерно: оно истончается, формируя области с пониженной плотностью и расширенные пустоты. Такая конфигурация объясняет, почему большинство соседних галактик продолжают удаляться, тогда как Андромеда остаётся исключением из-за более сильного локального гравитационного влияния.

Млечный Путь, Андромеда и их спутники объединяются астрономами в Местную группу — ближайшее скопление галактик. Основная масса этой системы приходится на тёмную материю, которая не излучает свет и определяется только через гравитационное воздействие, поэтому её реальную структуру невозможно наблюдать напрямую.

Долгое время применялись упрощённые круглые модели распределения материи. В них создавалось впечатление избытка галактик вблизи и их нехватки на удалении, что приводило к несоответствиям в расчётах. Такие модели исходили из равномерного действия гравитации во всех направлениях и не учитывали сложную геометрию распределения вещества.

Для восстановления структуры региона исследователи начали с анализа космического микроволнового фона — древнейшего излучения, заполняющего Вселенную. На основе этих исходных условий компьютерные модели эволюционировали, формируя возможные сценарии развития Вселенной до тех пор, пока некоторые из них не воспроизвели движение Млечного Пути, Андромеды и ближайших галактик.

В серии из 169 высокоточных симуляций наиболее успешные модели также воспроизводили положение и скорости 31 внешней галактики на корректных расстояниях. Это позволило сравнивать разные варианты распределения массы, используя одинаковые начальные условия, без навязывания заранее заданной геометрии.

Внутри почти плоской структуры гравитационное воздействие зависит не только от ближайших масс. Более удалённое вещество, расположенное в пределах того же слоя, также влияет на движение, частично компенсируя притяжение к Местной группе. Над и под этой плоскостью располагаются крупные пустоты — области с крайне низкой плотностью материи, из-за чего в регион поступает мало галактик извне.

Совокупность этих факторов формирует спокойное движение вдоль плоскости, тогда как в других направлениях наблюдаются более выраженные потоки. В этих областях галактики движутся со скоростью, направленной к слою.

Одна из причин, по которой эта картина оставалась неясной длительное время, связана с нехваткой наблюдательных данных о галактиках выше и ниже плоскости. Основная часть известных объектов сосредоточена вблизи слоя, где движение выглядит равномерным и слабо изменчивым.

Моделирование показало усиленные потоки вещества в направлении полюсов, где движение к плоскости достигает более 60 миль в секунду, что составляет около 97 километров в секунду. Дополнительные наблюдения карликовых галактик на расстояниях до 16 миллионов световых лет над и под слоем могут уточнить полученную картину.

Поскольку звёзды и газ отражают лишь часть общей массы галактик, их движение используется как косвенный индикатор скрытого распределения материи. Вемпе отметил, что это одна из первых детализированных попыток описать расположение и динамику невидимой массы вокруг Млечного Пути и Андромеды.

В рамках исследования изучались возможные конфигурации ранней Вселенной, способные привести к формированию Местной группы. По словам Вемпе, новая модель согласуется со стандартной космологической теорией и наблюдаемым движением галактик в локальной области.

Ранее пространство вокруг Млечного Пути и Андромеды рассматривалось как приблизительно сферическое, что упрощало расчёты. В таких моделях учитывалась только масса внутри заданного радиуса, тогда как более удалённое вещество влияло лишь на замедление расширения.

Новые расчёты показали, что суммарная масса в пределах примерно 13 миллионов световых лет более чем в четыре раза превышает массу основной пары галактик и при этом остаётся согласованной с наблюдениями. Это указало на то, что проблема связана не с количеством материи, а с её распределением и геометрией гравитационного взаимодействия.

Даже при учёте значительной скрытой массы моделируемая область сохраняет упорядоченность, а не переходит в хаотичное состояние. В пределах зоны, где сосредоточено большинство известных галактик, случайные скорости движения составляют около 23 километров в секунду.

Такой характер движения соответствует наблюдаемому постепенному удалению галактик без необходимости предполагать чрезмерно пустое окружение. Плоская структура одновременно объясняет распределение массы и особенности динамики региона.

Модель охватывает область размером около 130 миллионов световых лет с каждой стороны. При этом остаются более крупные структуры, включая регион, связанный со скоплением Девы, которые могут влиять на ориентацию всей системы.

Авторы отмечают, что такие ограничения не меняют основного результата, поскольку ключевые силы действуют на меньших масштабах. В этой картине Млечный Путь рассматривается не как изолированный центр, а как часть протяжённого слоя, задающего направление локального движения.

Дальнейшие наблюдения слабых карликовых галактик над и под этим слоем способны либо подтвердить предложенную модель, либо потребовать её уточнения.