Sagen om det forsvundne mørke stof:ny mistænkt fundet i galaktisk mystik

En fjern galakse med næsten intet mørkt stof har truet med at bryde vores teori om galaksedannelse. Nye beviser tyder på, at galaksen ikke er en anomali - men et offer for tyveri.

Mørkt stof – et usynligt stof så gådefuldt som navnet antyder – er en nøgleingrediens i at hjælpe galakser med at dannes og holde sig i live.

Det skaber den stærke tyngdekraft, der er nødvendig for at udløse galaksedannelse og holde eksisterende galakser strukturelt intakte.

Men astronomer har været forvirrede siden sidste års opdagelse af 'NGC1052-DF4', en stabil og langlivet galakse med næsten intet mørkt stof. Hvordan kan galaksen eksistere uden denne vigtige ingrediens? Er vores teorier om galaksedannelse forkerte?

I dag, en international undersøgelse ledet af UNSW Sydney antyder, at det mørke stof var der til at begynde med - det er netop blevet stjålet af en grådig nabo.

"Det mørke stof er der ikke, fordi det allerede er blevet fjernet, " siger Dr. Mireia Montes, hovedforfatter af undersøgelsen og astronomisk forsker ved UNSW Science og Space Telescope Science Institute.

"Vi fandt ud af, at tyngdekraften fra den nærliggende massive galakse NGC1035 fjerner dens stjerner - og mørkt stof."

Forskningen, offentliggjort i dag i The Astrofysisk tidsskrift , giver en forklaring på, hvorfor så meget mørkt stof mangler i galaksen uden at modsige vores eksisterende forståelse af galaksedannelse.

"Når to galakser passerer tæt på hinanden, de lider af hinandens tyngdekraft, " siger Dr. Montes. "Vores meget dybe billeddannelse fandt, at svage stjerner blev trukket væk af den større galakse - en interaktion kaldet 'tidevandsforstyrrelse'."

Det samme fænomen kan også findes på Jorden:i vores tilfælde, Månens tyngdekraft påvirker Jordens havvande. Men tidevandsafbrydelse kan få galakser - som ikke er så solide som Jorden eller Månen - til at bøje og miste deres form.

Hvis tidevandsafbrydelsesteorien er korrekt, den mindre galakse NGC1052-DF4 vil snart begynde at vise flere tegn på forringelse. Det kan i sidste ende gå helt i opløsning.

"Tidevandsstripping ville fjerne en betydelig procentdel af mørkt stof, før det påvirker stjernerne, " siger Dr. Montes.

"Hvis stjernerne begynder at blive forstyrret nu, det meste af det mørke stof er allerede undsluppet."

Dr. Ignacio Trujillo, medforfatter til papiret og forsker ved Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), siger "Med tiden, galaksen vil ende med at blive kannibaliseret af det store system omkring den (NGC1035), med i det mindste nogle af deres stjerner frit svævende i det dybe rum".

Et kraftigt forstørrelsesglas

Dr. Montes og hendes kolleger brugte kraftfulde teleskoper og dybe billedteknikker – inklusive langtidseksponeringsfotografering på op til 60 timer – for at finde de svage spor i galaksens yderkanter.

Disse teknikker er i stand til at oplyse meget svage stjerner og galakser, eller hvad astronomer kalder universets 'lave overfladelysstyrke'.

"De første papirer viste, at galaksen har en meget 'afslappet' symmetrisk form, tyder på, at ingen udefrakommende kræfter forstyrrede det, " siger Dr. Montes.

"Men vores dybe billeder viser, at denne galakse faktisk bliver påvirket af sin nabogalakse - den er lige fanget i begyndelsen af ​​interaktionen.

"Den indre del af galaksen holder sin form, men det ydre, svagere dele er, hvor du ser disse 'tidevandshaler':stjerner, der allerede er blevet adskilt fra galaksen."

Observationerne blev foretaget ved hjælp af IAC80-teleskopet, Gran Telescopio Canarias, og Hubble-rumteleskopet - et af de største teleskoper i rummet.

Da mørkt stof er en usynlig kraft, det kan kun observeres ved, hvordan stjerneobjekter – som stjerner og galakser – interagerer med rummet omkring dem.

"Ultra-dyb billeddannelse er svært, ikke kun på grund af den enorme mængde tid, du skal bruge for at nå sådanne dybder, men den ekstremt omhyggelige behandling af de data, der er nødvendige for at bevare de svageste strukturer, " siger hr. Raúl Infante-Sainz, Ph.D. kandidat ved IAC og anden forfatter af denne undersøgelse.

"Vi var nødt til at lede efter funktioner, der er 1000 gange svagere end den mørkeste himmel, der er synlig på Jorden, " siger Dr. Montes.

Løsning af nye galaktiske mysterier

Vera C. Rubin Observatoriet, en topmoderne optisk facilitet, der i øjeblikket er under opførelse i Chile, vil snart tage dybe billeddannelsesmuligheder til nye niveauer.

Observatoriets hovedprojekt vil være Legacy Survey for Space and Time (LSST):en ti-årig billedundersøgelse, der vil give de dybeste billeder nogensinde af den sydlige halvkugles nattehimmel.

Professor Sarah Brough, en astronom ved UNSW Science, leder Australiens involvering i dette projekt.

"LSST vil revolutionere astronomi med lav overfladelysstyrke, transformerer vores forståelse af galakseudviklingen, " hun siger.

"Det vil give ekstremt dybe billeddata over hele den sydlige himmel, som vil være afgørende for succesen for fremtidige australske astronomiske undersøgelser og videnskab."

LSST kameraet, som vil være nogenlunde på størrelse med en lille bil, vil gøre det muligt for forskere at opdage galakser med lav overfladelysstyrke. Det vil også være i stand til at identificere svage træk omkring og inden for galaksehobe.

Mens den tiårige undersøgelse først starter i 2023, forskere ser frem til mulighederne for galaktisk udforskning.

"Dette arbejde er et eksempel på, hvor vigtigt det er at have dybe billeder for at forstå tilsyneladende mærkelige ting i universet, " siger Dr. Montes.

"Dyb billeddannelse kan hjælpe med at forklare mysterier, der ellers ville forblive uløste."