Naabergalaktika Andromeeda tähelise ja tumeaine massijaotus

Olga Tihhonova | 26.11.2012

Andromeeda tähtkujus asuv spiraalgalaktika M31 on avardanud meie arusaama Universumist. Suuruse ja läheduse tõttu on Andromeeda suurepärane objekt, et uurida galaktika struktuuri ja tähtede populatsioone. Kuigi M31 kooskõlalised mudelid on koostatud juba 1990ndatel, on alles hiljuti saadud piisavalt vaatlusandmeid, mis võimaldavad määrata detailse tähelise ja tumeaine jaotuse galaktikas. Seda probleemi asusidki uurima Antti Tamm, Elmo Tempel, Peeter Tenjes, Olga Tihhonova ja Taavi Tuvikene.
 

Piiramaks tumeaine massi galaktikas, on vaja teada galaktika nähtava aine jaotust. Selleks kasutati Sloani digitaalse taevaülevaate (vt. "Andromeeda galaktika fotomeetriline mudel") ning kosmoseteleskoop Spitzeri andmeid. Vaatlused erinevatel lainepikkustel puhastati esi- ja tagaplaanil olevatest objektidest ning vaatlused korrigeeriti Andromeeda sisesest neeldumisest. Seejärel modelleeriti igas pikslis olev spektraalne energia jaotus, kasutades sünteetilisi tähtede populatsioonide mudeleid. Modelleerimisel kasutati lineaarkombinatsiooni erineva vanusega tähtede spektritest. Tulemuste võrdlus vaatlustega kahes vabalt valitud pikslis on toodud alloleval joonisel ning väljundina saadi kahemõõtmeline täheaine massi jaotus Andromeedas. Rakendades sellele tuumast, mõhnast, ketast, noorte tähtede rõngast ja tähelisest halost koosnevat mudelit, tuletati nähtava aine kolmemõõtmeline jaotus Andromeeda galaktikas.
 
Galaktika massijaotus võimaldab arvutada gravitatsioonilist potentsiaali, mis omakorda määrab galaktika pöörlemiskõvera. Kui täheliste komponentide juurde lisada gaas ja tumeaine, saab modelleeritud dünaamikat vaatlustega võrrelda ning tumeaine omadusi määrata. Antud juhul vaatlustena kasutati neutraalse vesiniku ning satelliitgalaktikate, täheliste voolude ja kerasparvede dünaamikast saadud ringkiirusi. Gaasi massijaotust lähendati noorte tähtede rõngaga, tõstes vastavalt viimase massi. Tumeaine halo puhul kasutati aga nelja enimkasutatavat jaotust. Kuna sünteetilised tähtede populatsioonide mudelid andsid erinevad hinnanud tähelise aine massile, võeti kasutusele minimaalse ja maksimaalse massiga mudelid. Teise puhul tähendas see, et täheliste komponentide mass-heledus suhted olid korrutatud sama konstandiga nii, et vastavad massijaotused koos minimaalse tumeainega oleksid veel kooskõlas vaatlusliku pöörlemiskõveraga. Tulemused kõige lihtsama kahekomponendilise (mõhn ja ketas) mudeli jaoks on esitatud kõrval oleval joonisel.

M31 pöörlemiskõver sisemise (ülemine graafik) ja välimise (alumine graafik) piirkonna jaoks. Sisemised punktid näitavad Andromeeda gaasi pöörlemiskõverat, välimised pöörlemiskõvera punktid on tuletatud erinevatest massi hinnangutest. Pidevate joontega on toodud galaktika kahekomponendiline (mõhn ja ketas) mudel koos tumeainega.

 

Tehtud analüüsi tulemusena ei ole võimalik esile tuua ühtegi tumeaine jaotust, samuti tuletatud karakteristlikud raadiused (raadius, mille sees sisaldub pool galaktika massi) ning tumeaine halo tihedused on kõdunud: ühe kasv võib olla kompenseeritud teise vähendamisega. Samas galaktika viriaalmass (säärase sfääri see olev mass, mille keskmine tihedus on 200 korda suurem Universumi kriitilisest tihedusest) on aga hästi piiritletud, vaatamata tumeaine mudeli valikule (vaata joonist). Galaktika viriaalmass on peamiselt määratud välise dünaamika poolt ning sisuliselt ei sõltu tähelise aine massijaotusest. Tumeaine tihedus galaktika tsentris on sarnane suurtel punanihetel olevate galaktikate omadega, viidates sellele, et tumeaine halode kokku tõmbumise protsessid on sarnased sõltumata massidest ning Universumi vanusest.


Andromeeda tumeaine parameetrite tõenäosused (märgitud kontuuriga) erinevate tumeaine jaotuste korral. Galaktika viriaalmass on värviga kodeeritud. Jooniselt on näha, et viriaalmass on suhteliselt sõltumatu kasutatud tumeaine profiilist ja parameetritest.
 
Käesolev uurimus võttis kokku autorite poolt varem saadud tulemused ning lisades dünaamika vaatlusandmed võimaldas koostada Andromeeda senini täpseim massijaotuse mudel. Töö järgmises etapis on plaanis kasutada Jeansi võrrandeid ning saadud massijaotuse mudelit, et arvutada galaktika täheline kinemaatika. Tähelise kinemaatika kasutamine võimaldab piiritleda kiiruste ellipsoidi jaotust galaktikates, mis on ka kosmosemissiooni GAIA üks eesmärkidest.
 
Artikkel: