Дрожь галактик

О затухающих осцилляциях видимого диска Галактики
относительно гравитационного потенциала тёмного гало как источнике наблюдаемых морфо-кинематических аномалий (анонс).

Аннотация. Рассматривается нестационарный динамический режим, возникающий в галактиках после значительного гравитационного возмущения, такого как поглощение малого спутника или аккреция крупного газового облака. В таком режиме центр масс барионного диска может совершать затухающие колебания относительно центра гравитационного потенциала, определяемого в основном тёмным гало. Причиной долгоживущего характера этих колебаний является предельно слабое негравитационное взаимодействие компонентов, минимизирующее диссипацию энергии через динамическое трение. Далее показано, что такие осцилляции способны генерировать наблюдаемые крупномасштабные морфологические и кинематические аномалии в дисковых галактиках. Построена упрощённая аналитическая модель, описывающая динамику системы и дающая оценки времени затухания и характерных пространственных масштабов индуцированных неоднородностей.

Стандартная модель динамики дисковых галактик предполагает, что барионный диск находится в равновесии в центре статического, осесимметричного гравитационного потенциала тёмного гало. Однако наблюдаемый морфологический хаос у значительной части галактик, включая искривлённые диски, кинематические перекосы и долгоживущие спиральные узоры без очевидного внешнего возмутителя, указывает на возможное существование практически незатухающих внутренних динамических процессов. Данная работа исследует гипотезу, согласно которой многие из этих аномалий являются следствием незавершённой релаксации системы после древнего возмущения. Ключевым отличием от моделей, предполагающих стабильное вращение компонентов, является признание неизбежности динамического трения. Однако, учитывая специфические свойства тёмной материи, а именно её слабое самовзаимодействие и малую, если не нулевую, вероятность негравитационного взаимодействия с барионами, можно ожидать, что время затухания осцилляций будет сравнимо или превышать время между значительными событиями аккреции в истории галактики.

Математический аппарат, основанный на уравнении осциллятора с динамическим трением, позволяет в перспективе получить количественные оценки, согласующиеся с космологическими временными масштабами. Данная теория предлагает единый механизм для объяснения широкого класса нестандартных наблюдательных данных и делает ряд уникальных предсказаний, которые могут быть проверены в ходе анализа кинематики галактик с высоким разрешением, в частности, в данных спектроскопических обзоров следующего поколения. Дальнейшее развитие модели требует проведения самосогласованного численного моделирования с включением как N-тел компоненты тёмного гало, так и гидродинамики газа.