Rekordstore svage satellitgalakser i Mælkevejen opdaget

Et internationalt team ledet af forskere fra Tohoku University har fundet en ekstremt svag dværg -satellitgalakse i Mælkevejen. Teamets opdagelse er en del af den igangværende Subaru Strategic Survey ved hjælp af Hyper Suprime-Cam. Satellitten, kaldet Jomfru I, ligger i retning af stjernebilledet Jomfruen. I den absolutte størrelse på -0,8 i det optiske bølgebånd, det kan godt være den svageste satellitgalakse, der endnu er fundet. Dens opdagelse antyder tilstedeværelsen af ​​et stort antal endnu uopdagede dværgsatellitter i Mælkevejens glorie og giver vigtig indsigt i galaksedannelse gennem hierarkisk samling af mørkt stof.

I øjeblikket, omkring 50 satellitgalakser til Mælkevejen er blevet identificeret. Omkring 40 af dem er svage og diffuse og tilhører kategorien såkaldte "dværgkugleformede galakser" (figur 2). Mange nyligt opdagede dværggalakser, især dem, der ses i systematiske fotometriske undersøgelser som Sloan Digital Sky Survey (SDSS) og Dark Energy Survey (DES) er meget svage med absolut lysstyrke i det optiske bølgebånd under -8 størrelsesorden. Det er såkaldte "ultra-svage dværggalakser". Imidlertid, tidligere søgninger gjorde brug af teleskoper med en diameter på 2,5 til 4 meter, så kun satellitter relativt tæt på solen eller dem med større størrelser blev identificeret. Dem, der er mere fjerne eller svage i Mælkevejens glorie, mangler endnu at blive opdaget (figur 3).

Kombinationen af ​​den store blænde på 8,2 meter Subaru Telescope og det store synsfelt Hyper Suprime-Cam (HSC) instrument er meget kraftfuld i denne undersøgelse. Det muliggør en effektiv søgning efter meget svage dværgsatellitter over store områder af himlen. Det første trin i at søge efter en ny dværggalakse er at identificere en overdensitet af stjerner på himlen, ved hjælp af fotometriske data. Næste er at vurdere, at det for tætte udseende ikke skyldes synsfeltet eller utilsigtede sammenstillinger af ikke-relaterede tætte felter, men er virkelig et stjernesystem. Standardmetoden til at gøre dette er at lede efter en karakteristisk fordeling af stjerner i farve-størrelsesdiagrammet (sammenligneligt med Hertzsprung-Russell-diagrammet (midterste og venstre panel i figur 4)). Stjerner i et generelt felt viser ingen særlige mønstre i dette diagram (højre panel i figur 4).

Finding Virgo I

Daisuke Homma, en kandidatstuderende ved Tohoku University, fandt Jomfru I under vejledning af hans rådgiver, Masashi Chiba, og deres internationale samarbejdspartnere. "Vi har omhyggeligt undersøgt de tidlige data fra Subaru Strategic Survey med HSC og fundet en tilsyneladende overdensitet af stjerner i Jomfruen med meget høj statistisk signifikans, viser et karakteristisk mønster af et gammelt stjernesystem i farve-størrelsesdiagrammet, "sagde han." Overraskende nok, dette er en af ​​de svageste satellitter, med en absolut størrelse på -0,8 i det optiske bølgebånd. Dette er virkelig en galakse, fordi den er rumligt udvidet med en radius på 124 lysår - systematisk større end en kuglehob med tilsvarende lysstyrke. "

De svageste dværgsatellitter, der hidtil er identificeret, var Segue I, opdaget af SDSS (-1,5 mag) og Cetus II i DES (0,0 mag). Cetus II mangler endnu at blive bekræftet, da den er for kompakt som en galakse. Jomfru kan jeg i sidste ende vise sig at være den svageste, der nogensinde er opdaget. Det ligger i en afstand af 280, 000 lysår fra solen, og en sådan fjern galakse med svag lysstyrke er ikke blevet identificeret i tidligere undersøgelser. Det er uden for rækkevidde af SDSS, som tidligere har undersøgt det samme område i retning af stjernebilledet Jomfru (figur 5).

Ifølge Chiba, lederen af ​​dette søgeprojekt, opdagelsen har store konsekvenser. "Denne opdagelse indebærer hundredvis af svage dværgsatellitter, der venter på at blive opdaget i Mælkevejens glorie, "sagde han." Hvor mange satellitter er der virkelig, og hvilke egenskaber har de, vil give os et vigtigt fingerpeg om at forstå, hvordan Mælkevejen dannede sig, og hvordan mørkt stof bidrog til det. "

Brug af HSC til at spore Galaxy Formation

Dannelse af galakser som Mælkevejen menes at foregå gennem den hierarkiske samling af mørkt stof, danner mørke glorier, og gennem den efterfølgende infall af gas og stjernedannelse påvirket af tyngdekraften. Standardmodeller for galaksedannelse i forbindelse med den såkaldte teori om koldt mørkt stof (CDM) forudsiger tilstedeværelsen af ​​hundredvis af små mørke glorier, der kredser i en Mørkehalo i størrelse med Mælkevejen og et sammenligneligt antal lysende satellitfæller. Imidlertid, kun snesevis af satellitter er nogensinde blevet identificeret. Dette kommer langt under et teoretisk forudsagt antal, som er en del af det såkaldte "manglende satellitproblem". Astronomer skal muligvis overveje andre former for mørkt stof end CDM eller påberåbe baryonisk fysik, der undertrykker galaksedannelse for at forklare manglen på antal satellitter. En anden mulighed er, at de kun har set en brøkdel af alle satellitterne forbundet med Mælkevejen på grund af forskellige observationsforstyrrelser. Problemet forbliver uløst.

En af motivationerne for Subaru Strategic Survey ved hjælp af HSC er at øge observationer i søgen efter Mælkeveens satellitter. De tidlige data fra denne undersøgelse er, hvad der førte til opdagelsen af ​​Jomfru I. Dette program vil fortsætte med at udforske meget bredere områder af himlen og forventes at finde flere satellitter som Jomfru I. Disse små ledsagere, der skal opdages i den nærmeste fremtid, kan fortæl os meget mere om Mælkevejens dannelse.