Anæmisk galakse afslører mangler i teorien om ultra-diffus galaksedannelse

Et hold af astronomer ledet af University of California Observatories (UCO) har studeret i detaljer en galakse, der er så svag og i så uberørt tilstand, at den har fungeret som en tidskapsel, forseglet kort efter begyndelsen af ​​vores univers kun for at blive åbnet af den nyeste teknologi ved W. M. Keck Observatory.

Brug af Keck Cosmic Web Imager (KCWI), holdet opdagede en bizar, solitary ultra-diffuse galaxy (UDG).

Denne gennemsigtige, spøgelseslignende galakse, kaldet DGSAT I, modsiger den nuværende teori om dannelsen af ​​UDG'er. Alle tidligere undersøgte UDG'er har været i galaksehobe, som informerede grundlaget for teorien om, at de engang var "normale" galakser, men er med tiden blevet sprængt ind i et luftigt rod på grund af voldelige begivenheder i klyngen.

"Der syntes at være et relativt ryddeligt billede af galaksernes oprindelse, fra spiraler til elliptiske, og fra kæmper til dværge, " sagde hovedforfatter Ignacio Martín-Navarro, en postdoc ved UCO. "Imidlertid, den nylige opdagelse af UDG'er rejste nye spørgsmål om, hvor komplet dette billede er. Alle de UDG'er, der er blevet undersøgt i detaljer indtil videre, var inden for galaksehobe:tætte områder af voldelig interaktion, hvor galaksernes karakteristika ved fødslen er blevet forvrænget af en vanskelig ungdomsår."

Holdets resultater vil blive offentliggjort den 11. april, 2019 udgave af Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society og er nu tilgængelig online.

Fordi DGSAT I er en sjælden undtagelse af en UDG fundet væk fra en klynge, det kan give et klarere vindue ind i fortiden. Der har ikke været megen aktivitet omkring den, der kunne skade dens sammensætning og udvikling. For at finde ud af, hvad der fik denne galakse til at være så sparsom i stjernelys, holdet brugte KCWI til at kortlægge sammensætningen af ​​galaksen.

"Den kemiske sammensætning af en galakse giver en registrering af de omgivende forhold, da den blev dannet, ligesom den måde, hvorpå sporstoffer i den menneskelige krop kan afsløre et helt liv med spisevaner og eksponering for forurenende stoffer, " sagde medforfatter Aaron Romanowsky, en UCO-astronom og lektor i afdelingen for fysik og astronomi ved San José State University.

DGSAT Jeg overraskede forskere med dens kemiske sammensætning. Nutidens galakser har typisk flere tunge grundstoffer i sig, som jern og magnesium, sammenlignet med gamle galakser født lige efter Big Bang. Men KCWI afslørede, at DGSAT I ser ud til at være anæmisk; galaksens jernindhold er bemærkelsesværdigt lavt, som om den blev dannet af en næsten uberørt gassky, der var uforurenet af tidligere stjerners supernovadød. Og alligevel er DGSAT I's magnesiumniveauer normale, i overensstemmelse med, hvad astronomer forventer at finde i moderne galakser. Dette er mærkeligt, fordi begge disse elementer frigives i supernova-begivenheder; man finder typisk ikke det ene uden det andet.

"Vi forstår ikke denne kombination af forurenende stoffer, men en af ​​vores ideer er, at ekstreme eksplosioner af supernovaer fik galaksen til at pulsere i størrelse under sin teenageår, på en måde, der bevarer magnesium fortrinsvis frem for jern, sagde Romanowsky.

UDG'er er en relativt ny klasse af galakser, der først blev opdaget i 2015. De er lige så store som Mælkevejen, men har mellem 100 og 1000 gange færre stjerner end vores egen galakse, gør dem knapt synlige og svære at studere.

KCWI er designet til at overvinde den forhindring med sin ekstreme følsomhed og evne til at fange højopløsningsspektre af de svageste og fjerneste objekter i vores univers som UDG'er.

"Der er kun ét andet instrument i verden med KCWI's evner, der giver os mulighed for at måle den kemiske sammensætning af galakser med lav overfladelysstyrke, " sagde medforfatter Jean Brodie, Professor i astronomi og astrofysik ved UCO. "Men den er på den sydlige halvkugle, hvor vi ikke har et godt overblik over DGSAT I, som ligger i Norden."

KCWI udfører en type observation kaldet integral feltspektroskopi, som fanger data i 3-D i stedet for 2-D. Traditionelt, der var to måder for astronomer at studere himmellegemer, enten gennem billeddannelse eller gennem spektroskopi. Dette instrument bryder barrieren mellem de to. I en enkelt observation, KCWI fanger både billedet, samt spektret af hver pixel i billedet, som afslører objektets fysiske egenskaber såsom sammensætning, temperatur, hastighed, og mere.

"Det er den slags observationer, vi byggede KCWI til; at fortsætte med at skubbe grænsen for at få mest muligt information ud af de svageste objekter, " sagde John O'Meara, chefforsker ved Keck Observatory. "Vi er meget spændte på at se, hvor mange flere objekter som DGSAT I vi kan studere med Keck og fortsætte med at transformere vores forståelse af, hvordan galakser dannes og ændrer sig med tiden."

Forskerne planlægger at bruge KCWI igen, denne gang for at foretage en dybere observation af et andet UDG svarende til DGSAT I; de planlægger at udforske dens sammensætning mere detaljeret i håb om at optrevle flere data, der kan hjælpe astronomer med at finde ud af oprindelsen af ​​UDG'er.

"Forskellige ideer er blevet præsenteret, fra det hverdagsagtige til det eksotiske. En spændende mulighed er, at nogle af disse spøgelsesagtige galakser er levende fossiler fra universets morgen, da stjerner og galakser opstod i et meget andet miljø end i dag, " sagde Romanowsky. "Deres fødsel er virkelig et fascinerende mysterium, som vores team arbejder på at løse."