Det svageste kendte stjernesystem, der kredser om Mælkevejen, er opdaget

Et hold af astronomer ledet af University of Victoria og Yale University har opdaget et gammelt stjernesystem, der rejser rundt i vores galakse ved navn Ursa Major III / UNIONS 1 (UMa3/U1) - den svageste og laveste Mælkevejssatellit, der nogensinde er opdaget, og evt. et af de mest mørkt stof-dominerede systemer kendt.

Holdet udførte undersøgelsen fra Hawaii ved hjælp af to Maunakea-observatorier på Hawaiʻi Island-W. M. Keck Observatory og Canada-France-Hawaiʻi Telescope (CFHT) – samt University of Hawaiʻi Institute for Astronomy Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) på Haleakalā, Maui; resultaterne er offentliggjort i en nylig udgave af The Astrophysical Journal .

"UMa3/U1 er placeret i stjernebilledet Ursa Major (Store Bjørn), som er hjemsted for Big Dipper. Det er relativt set i vores kosmiske baghave omkring 30.000 lysår fra solen," siger Simon Smith, der er uddannet astronomi studerende ved University of Victoria og hovedforfatter af undersøgelsen. "UMa3/U1 havde undsluppet registrering indtil nu på grund af dens ekstremt lave lysstyrke."

Observationer afslører, at stjernesystemet er lille, med kun omkring 60 stjerner, der er over 10 milliarder år gamle, og spænder kun 10 lysår på tværs. UMa3/U1 har en ekstrem lav masse – med 16 gange solens masse er den 15 gange mindre massiv end den svageste formodede dværggalakse.

UMa3/U1 blev først detekteret ved hjælp af data opnået fra Ultraviolet Near Infrared Optical Northern Survey (UNIONS) ved CFHT og Pan-STARRS.

Holdet studerede derefter stjernesystemet i flere detaljer ved hjælp af Keck Observatory's Deep Imaging Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) og bekræftede, at UMa3/U1 er et gravitationsbundet system, enten en dværggalakse eller en stjernehob.

"Der er så få stjerner i UMa3/U1, at man med rimelighed kan stille spørgsmålstegn ved, om det bare er en tilfældig gruppering af lignende stjerner. Keck var kritisk til at vise, at det ikke er tilfældet," siger medforfatter Marla Geha, professor i astronomi og fysik ved Yale University. "Vores DEIMOS-målinger viser tydeligt, at alle stjerner bevæger sig gennem rummet med meget ens hastigheder og ser ud til at dele lignende kemi."

"Spændende nok, kan en foreløbig spredning i hastigheder blandt stjernerne i systemet understøtte konklusionen om, at UMa3/U1 er en mørk stofdomineret galakse - en fristende mulighed, vi håber at undersøge med flere Keck-observationer," siger Yale University kandidatstuderende Will Cerny , den anden forfatter til undersøgelsen.

Det er bemærkelsesværdigt, hvordan disse stjerner har formået at forblive en tæt sammentømret gruppe. En mulig forklaring er, at mørkt stof kan holde dem sammen.

"Objektet er så ringe, at dets langsigtede overlevelse er meget overraskende. Man kunne have forventet, at de barske tidevandskræfter fra Mælkevejens skive nu havde revet systemet fra hinanden og ikke efterladt nogen observerbar rest," siger Cerny. "Det faktum, at systemet fremstår intakt, fører til to lige interessante muligheder. Enten er UMa3/U1 en lillebitte galakse, der er stabiliseret af store mængder mørkt stof, eller også er det en stjernehob, vi har observeret på et meget specielt tidspunkt før dens forestående død. "

Med det førstnævnte scenario ville det være en spændende bedrift at opnå en direkte bekræftelse af UMa3/U1 som et svagt, gammelt, mørkt stof-domineret satellitstjernesystem, fordi det ville understøtte en forudsigelse i den førende teori for universets oprindelse.

Under Lambda Cold Dark Matter-modellen (LCDM) antager forskere, at da galakser som Mælkevejen først blev dannet, skabte de et gravitationstræk under deres samlingsproces, der tiltrak hundredvis af satellitstjernesystemer, der fortsætter med at kredse om galakser i dag.

En ledsagende undersøgelse af UMa3/U1's implikationer på LCDM-teorien er blevet accepteret til offentliggørelse i The Astrophysical Journal og er tilgængelig i preprint-format på arXiv server.

"Uanset om fremtidige observationer bekræfter eller afviser, at dette system indeholder en stor mængde mørkt stof, er vi meget begejstrede for muligheden for, at dette objekt kunne være toppen af ​​isbjerget - at det kunne være det første eksempel på en ny klasse af ekstremt svage stjernesystemer, der har unddraget sig opdagelse indtil nu," siger Cerny.

Afgørende bevis for tilstedeværelsen eller mangel på mørkt stof i UMa3/U1 er nøglen til at afgøre, om stjernesystemet er en dværggalakse eller en stjernehob. Indtil dens klassificering bliver klar, har Ursa Major III / UNIONS 1 to navne. Ultrasvage Mælkevejssatellitter er typisk opkaldt efter den konstellation, de er opdaget i (i dette tilfælde Ursa Major), hvorimod ultrasvage stjernehobe generelt er opkaldt efter det undersøgelsesprojekt, de blev opdaget i (UNIONS).

Mens dette stjernesystems identitet stadig er tvetydig, baner UMa3/U1 vejen for nye perspektiver i kosmologien.

"Denne opdagelse kan udfordre vores forståelse af galaksedannelse og måske endda definitionen af ​​en 'galakse'," siger Smith.

Flere oplysninger: Simon E. T. Smith et al., Opdagelsen af ​​den svageste kendte Mælkevejssatellit ved hjælp af UNIONS, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad0d9f Raphaël

Errani et al, Ursa Major III/UNIONS 1:den mørkeste galakse nogensinde opdaget?, arXiv (2023). DOI:10.48550/arxiv.2311.10134

Journaloplysninger: Astrofysisk tidsskrift , arXiv

Leveret af W. M. Keck Observatory