Galaktyka Andromedy posiada niezwykle asymetryczny rozkład galaktyk karłowatych – ponad 80% z nich znajduje się po jednej stronie, co czyni ją ekstremalnym wyjątkiem w kontekście standardowego modelu kosmologicznego.
Galaktyka Andromedy jest otoczona konstelacją galaktyk karłowatych, które są ułożone w bardzo asymetryczny sposób. Analiza symulacji kosmologicznych, której wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature Astronomy ujawnia, że taki stopień asymetrii występuje tylko w 0,3% podobnych układów, co czyni Andromedę ekstremalnym wyjątkiem od obecnego paradygmatu kosmologicznego.
Przestrzenny rozkład galaktyk zapewnia kluczowy wgląd w kosmologię i fizykę ciemnej materii. Zgodnie ze standardowym modelem kosmologicznym, małe galaktyki łączą się z czasem w chaotycznym procesie, tworząc większe, pozostawiając po sobie roje słabych galaktyk karłowatych, które krążą wokół masywnych galaktyk macierzystych w niemal losowym układzie. Jednak nowe badania przeprowadzone w Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (API) pokazują, że galaktyki satelitarne sąsiedniej galaktyki Andromedy (M31) mają zaskakujące i jak dotąd niewyjaśnione właściwości.
Zamiast być losowo rozmieszczonymi wokół swojej galaktyki macierzystej, jak przewiduje standardowy model kosmologiczny, ponad 80% tych galaktyk karłowatych jest skoncentrowana po jednej stronie galaktyki Andromedy. Niedawny zestaw danych jednorodnych pomiarów odległości dla 37 galaktyk satelitarnych Andromedy podkreśla ten nieoczekiwany układ. W szczególności, wszystkie galaktyki satelitarne Andromedy, z wyjątkiem jednej, leżą w odległości 107 stopni od linii wskazującej w kierunku Drogi Mlecznej, regionu obejmującego zaledwie 64% otoczenia galaktyki macierzystej. Do tej pory nie było jasne, czy ta osobliwa konfiguracja znacząco podważa obecny model kosmologiczny, czy też mieści się w zakresie kosmologicznej wariancji.
Ta asymetria utrzymywała się, a nawet stała się bardziej wyraźna, gdy odkryto słabsze galaktyki i uściślono ich odległości – wyjaśnił Kosuke Jamie Kanehisa, doktorant w AIP i główny autor artykułu. Nasze analizy pokazują, że taki wzór jest niezwykle rzadki w obecnych symulacjach kosmologicznych.
Nowoczesne symulacje kosmologiczne, które śledzą ewolucję galaktyk w czasie kosmicznym, stanowią cenne narzędzie do przewidywania i porównywania układów galaktyk w standardowych ramach kosmologicznych. Korzystając z dwóch znanych symulacji, szukaliśmy galaktyk macierzystych podobnych do Andromedy i przeanalizowaliśmy rozkład przestrzenny ich satelitarnych galaktyk karłowatych przy użyciu niestandardowych wskaźników do ilościowego określenia asymetrii. Porównanie obserwowanej konfiguracji Andromedy z tymi symulowanymi odpowiednikami ujawniło, że rozkład jej galaktyk satelitarnych jest niezwykle rzadki – powiedział dr Marcel S. Pawlowski z AIP. Musieliśmy przyjrzeć się ponad trzystu symulowanym układom, aby znaleźć tylko jeden, który jest podobnie ekstremalny pod względem asymetrii, jak zaobserwowany. To sprawia, że Andromeda jest ekstremalnym wyjątkiem, przeczącym kosmologicznym oczekiwaniom.
Asymetria Andromedy staje się jeszcze bardziej kłopotliwa w połączeniu z jej inną niezwykłą cechą: połowa jej galaktyk satelitarnych orbituje w cienkiej, płaskiej strukturze, przypominającej płaszczyznę planet krążących wokół Słońca. Współistnienie takiej płaszczyzny galaktyk satelitarnych i nierównomiernego rozmieszczenia tychże galaktyk jest wysoce nieoczekiwane w standardowym modelu kosmologicznym. Rodzi to pytania o to, czy historia ewolucji Andromedy jest wyjątkowo anomalna, czy też nasze rozumienie formowania się galaktyk w małych skalach jest niekompletne.
Chociaż odkrycia te podważają obecne teorie kosmologiczne, w dużej mierze zależą one od dokładności podstawowych symulacji, które są ograniczone przez to, jak dobrze modelują fizykę gwizd i ewolucję galaktyk. Następnym krokiem będzie ustalenie, czy konfiguracja Andromedy jest wyjątkowa, czy też podobnie anizotropowe układy galaktyk istnieją gdzie indziej. Wysiłki mające na celu zbadanie odległych układów i poszukiwania porównywalnych asymetrii są już w toku, a przeglądy nowej generacji, takie jak Euclid, przyspieszą te poszukiwania, Ponadto dalsza analiza historii fuzji Andromedy pomoże ustalić, czy takie ekstremalne asymetrie mogą naturalnie powstać we Wszechświecie zdominowanym przez ciemną materię – i dlaczego pozostają one nieobecne w obecnych symulacjach.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
AIP
