Groupie-galakser, der kredser om Mælkevejen, fortæller os om mørkt stof, hvordan galaksen blev dannet

Vi bor i en storbygalakse. Mælkevejen er så stor, at den har satellitgalakser, der kredser om den, ligesom Månen kredser om Jorden. Disse arrangementer fortæller os meget om universets hemmeligheder – fra hvordan galakser dannes til mørkt stofs mystiske natur.

To nye undersøgelser har afsløret mere og mere om disse 'groupie' galakser omkring Mælkevejen, herunder beviser på, at store satellitgalakser kan tage deres egne små satellitter med sig, når de bliver suget ind i kredsløb om Mælkevejen. Forskere har også udvundet information om haloerne af mørkt stof, der omgiver disse galakser, samt en forudsigelse om, at vores hjemmegalakse skulle være vært for yderligere omkring 100 meget svage satellitgalakser, der venter på opdagelse.

Forskningen, co-ledet af University of Chicago Asst. Prof. Alex Drlica-Wagner i samarbejde med forskere fra SLAC National Accelerator Laboratory og University of Wisconsin-Madison, blev offentliggjort i april-udgaven af ​​the Astrofysisk tidsskrift . Den er stærkt afhængig af data fra Dark Energy Survey, en banebrydende indsats for at kortlægge himlen ledet af Fermi National Accelerator Laboratory og University of Chicago.

"The Dark Energy Survey-data giver os hidtil uset følsomhed for de mindste, ældste, og de fleste mørkstofdominerede galakser, " sagde Drlica-Wagner. "Disse svage galakser kan lære os meget om, hvordan stjerner og galakser dannes."

Lysende galaksers lys på mørkt stof

Astronomer har længe vidst, at Mælkevejen har satellitgalakser - inklusive den bemærkelsesværdige store magellanske sky, som kan observeres med det blotte øje på den sydlige halvkugle - men takket være undersøgelser med store teleskoper, listen over kendte satellitter er steget til omkring 60 i løbet af de sidste to årtier.

Disse galakser fortæller os meget om kosmos, inklusive hvor meget mørkt stof der skal til for at danne en galakse, hvor mange satellitgalakser skal vi forvente at finde omkring Mælkevejen, og om galakser kan bringe deres egne satellitter i kredsløb omkring vores egen - en nøgleforudsigelse af den mest populære model af mørkt stof. (Svaret på det sidste spørgsmål ser ud til at være et rungende "ja").

"Vi ville nøje besvare spørgsmålet:Hvad er den svageste galakse, som vores teleskoper kan opdage?" sagde Drlica-Wagner.

For at besvare dette spørgsmål, de simulerede over en million små satellitgalakser, indlejret dem i store astronomiske datasæt, og brugte deres søgealgoritmer til at forsøge at udtrække dem igen. Dette gjorde det muligt for dem at bestemme, hvilke galakser der kunne detekteres, og hvilke der var for svage til nuværende teleskoper. De kombinerede derefter denne information med store numeriske simuleringer af mørkt stof-klynger for at forudsige den samlede population af satellitter omkring Mælkevejen (inklusive både dem, vi kan se, og dem vi ikke kan).

Resultatet var en forudsigelse om, at omkring 100 flere galakser mangler at blive opdaget, der kredser om Mælkevejen. Hvis de "manglende" 100 galakser bliver opdaget, dette ville hjælpe med at bekræfte forskernes model, der forbinder mørkt stof og galaksedannelse.

"En af de mest spændende ting ved dette arbejde er, at vi vil være i stand til at bruge vores målinger af satellitgalakser til at forstå mikroskopiske egenskaber af mørkt stof, " sagde Drlica-Wagner.

Den førende model for mørkt stof er, at det er en subatomær partikel, som en elektron eller en proton, der blev dannet i det tidlige univers. Hvis disse partikler af mørkt stof var meget lette, de kunne have haft meget høj hastighed, hvilket ville gøre det svært for mørkt stof at klumpe sig sammen og danne de galakser, som vi ser i dag. Dermed, ved at observere et stort antal små galakser, det er muligt at sætte en nedre grænse for, hvor meget masse en mørk partikel kan have, sagde forskerne.

"Mørkt stofs partikelnatur kan have observerbare konsekvenser for de galakser, vi ser, " sagde Drlica-Wagner.