Astronomer tilbyder en mulig forklaring på undvigende galakser uden mørkt stof

Et hold ledet af astronomer ved University of California, Riverside, har fundet ud af, at nogle dværggalakser i dag kan se ud til at være fri for mørkt stof, selvom de dannede sig som galakser domineret af mørkt stof i fortiden.

Galakser, der ser ud til at have lidt eller intet mørkt stof – ikke-lysende materiale, der menes at udgøre 85 % af stoffet i universet – komplicerer astronomernes forståelse af universets indhold af mørkt stof. Sådanne galakser, som for nylig er blevet fundet i observationer, udfordre en kosmologisk model brugt af astronomer kaldet Lambda Cold Dark Matter, eller LCDM, hvor alle galakser er omgivet af en massiv og udvidet mørk stof-halo.

Mørkt stof-fri galakser er ikke godt forstået i det astronomiske samfund. En måde at studere de mulige dannelsesmekanismer for disse undvigende galakser - de ultradiffuse DF2- og DF4-galakser er eksempler - er at finde lignende objekter i numeriske simuleringer og studere deres tidsudvikling og de omstændigheder, der fører til deres tab af mørkt stof.

Jessica Doppel, en kandidatstuderende i UC Riverside Department of Physics and Astronomy og den første forfatter til forskningspapir offentliggjort i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society , forklaret, at i et LCDM-univers burde alle galakser være domineret af mørkt stof.

"Det er udfordringen, " sagde hun. "At finde analoger i simuleringer af, hvad observatører ser, er signifikant og ikke garanteret. At begynde at fastlægge oprindelsen af ​​disse typer objekter og deres ofte unormale kuglehobe-populationer giver os mulighed for yderligere at størkne vores teoretiske ramme for mørkt stof og galaksedannelse og bekræfter, at der ikke er behov for alternative former for mørkt stof. Vi fandt ud af, at koldt mørkt stof fungerer godt."

Til studiet, forskerne brugte kosmologisk og hydrodynamisk simulering kaldet Illustris, som tilbyder en galaksedannelsesmodel, der inkluderer stjerneudvikling, supernova feedback, sort hul vækst, og fusioner. Forskerne fandt, at et par "dværggalakser" i klynger havde lignende stjerneindhold, antal kuglehobe, og mørk stofmasse som DF2 og DF4. Som navnet antyder, en dværggalakse er lille, omfattende op til flere milliarder stjerner. I modsætning, Mælkevejen, som har mere end 20 kendte dværggalakser, der kredser om det, har 200 til 400 milliarder stjerner. Kuglehobe bruges ofte til at estimere indholdet af mørkt stof i galakser, især dværge.

Forskerne brugte Illustris-simuleringen til at undersøge oprindelsen af ​​ulige dværggalakser som DF2 og DF4. De fandt simulerede analoger til mørkestoffrie dværge i form af objekter, der havde udviklet sig i galaksehobene i lang tid og mistede mere end 90 % af deres mørke stof via tidevandsstripping - fjernelse af materiale ved galaktiske tidevandskræfter .

"Interessant nok, den samme mekanisme for tidevandsstripping er i stand til at forklare andre egenskaber ved dværge som DF2 og DF4 - f.eks. det faktum, at de er 'ultradiffuse' galakser, " sagde medforfatter Laura Sales, en lektor i fysik og astronomi ved UCR og Doppels kandidatvejleder. "Vores simuleringer foreslår en kombineret løsning på både strukturen af ​​disse dværge og deres lave indhold af mørkt stof. Evt. ekstremt tidevandsmassetab i ellers normale dværggalakser er, hvordan ultradiffuse objekter dannes."

I samarbejde med forskere ved Max Planck Institute for Astrophysics i Tyskland, Salgsgruppen arbejder i øjeblikket med forbedrede simuleringer, der har mere detaljeret fysik og en numerisk opløsning, der er omkring 16 gange bedre end Illustris-simuleringen.

"Med disse data, vi vil være i stand til at udvide vores undersøgelse til endnu lavere masse dværge, som er mere rigeligt i universet og forventes at være mere mørkt stof domineret i deres centre, gør dem mere udfordrende at forklare, " sagde Doppel. "Vi vil undersøge, om tidevandsstripping kunne give en vej til at udtømme dværge for deres indre indhold af mørkt stof. Vi planlægger at komme med forudsigelser om dværgenes stjerner, kuglehob, og mørkt stofindhold, som vi så vil sammenligne med fremtidige observationer."