Przełom w astronomii! Kosmiczny „ślad okruchów” doprowadził naukowców do ciemnej materii!
Międzynarodowy zespół astronomów, w tym astrofizyk z Northwestern University, odkrył pierwszy w historii strumień gwiazd pochodzący z gromady kulistej poza Drogą Mleczną. Odkrycie, opublikowane w czasopiśmie „Nature”, dostarcza nowego narzędzia do badania ciemnej materii – jednej z największych zagadek współczesnej astrofizyki.
Przez miliardy lat starożytna gromada gwiazd powoli się rozpadała, pozostawiając za sobą delikatną wstęgę gwiazd. Astronomowie od dawna spodziewali się istnienia takich strumieni w innych galaktykach, jednak nigdy wcześniej żadnego nie zaobserwowano. Badaniami kierowały Julie Kiel Holm z Uniwersytetu Kopenhaskiego oraz Sarah Pearson z Duńskiego Uniwersytetu Technicznego, a współautorką jest Tjitske Starkenburg z Northwestern University.
Pierwszy taki przypadek poza naszą galaktyką
Gromady kuliste to gęste skupiska gwiazd związane grawitacyjnie. Gdy krążą wokół swojej galaktyki, jej grawitacja stopniowo wyrywa z nich gwiazdy, które – zamiast rozpraszać się przypadkowo – podążają niemal tą samą orbitą, tworząc długie, wąskie strumienie gwiazd zachowujące zapis sił grawitacyjnych, które je ukształtowały. Choć w Drodze Mlecznej odkryto już dziesiątki takich strumieni, do tej pory nie udawało się ich zidentyfikować w innych galaktykach – zazwyczaj są zbyt słabe, by je dostrzec.
Przełom nastąpił, gdy współautorzy badania David Sand i Catherine Fielder z University of Arizona udostępnili archiwalne dane z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Analizując zdjęcia ultra-rozproszonej galaktyki UGC 9050-Dw1, współautor David Hendel zauważył słaby, cienki łuk przypominający strumień gwiazdowy. Galaktyka ta znajduje się około 115 milionów lat świetlnych od Ziemi, a jej rzadka populacja gwiazd stworzyła stosunkowo ciemne tło, które ułatwiło dostrzeżenie słabego strumienia.
Nowe narzędzie do mapowania niewidzialnej materii
Znaczenie odkrycia polega nie tylko na samej detekcji. Naukowcy po raz pierwszy wykazali, że strumienie gwiazd pochodzące z gromad kulistych mogą służyć jako narzędzie do pomiaru ilości ciemnej materii w innych galaktykach. Ciemna materia stanowi około 85 procent całej materii we wszechświecie, lecz ponieważ nie emituje ani nie odbija światła, naukowcy nie mogą jej obserwować bezpośrednio i muszą wnioskować o jej obecności pośrednio.
Po zidentyfikowaniu strumienia badacze wygenerowali tysiące symulacji komputerowych, sprawdzając, jaka kombinacja właściwości gromady kulistej i rozkładu ciemnej materii mogłaby odtworzyć obserwowany kształt strumienia. Najlepiej dopasowane modele wskazały nowe szacunki całkowitej masy galaktyki i sposobu jej rozłożenia. Analizy potwierdziły, że galaktyka UGC 9050-Dw1 zawiera duże ilości ciemnej materii, czego spodziewano się po tego typu ultra-rozproszonej galaktyce.
Jak zauważa Starkenburg, cienkie strumienie gwiazd mogą tworzyć luki lub zgrubienia, gdy przechodzą przez nie niewielkie skupiska ciemnej materii – zjawisko od dawna dyskutowane w kontekście strumieni w Drodze Mlecznej. Potwierdzenie tego mechanizmu dałoby całkowicie nowy sposób testowania rozkładu ciemnej materii. Naukowcy liczą, że nadchodzące obserwatoria, w tym misja Euclid Europejskiej Agencji Kosmicznej oraz teleskop kosmiczny Nancy Grace Roman, obejmujący sto razy większy obszar nieba niż Hubble, znacząco zwiększą szanse na odnalezienie podobnych strumieni w innych galaktykach.
Badanie sfinansowano ze środków fundacji VILLUM FONDEN, Unii Europejskiej w ramach grantu BeyondSTREAMS, a także amerykańskiej Narodowej Fundacji Nauki (NSF) i NASA.
Źródło: Northwestern University
Czytaj też: Odkryli echa z zarania Wszechświata! Ciemne gwiazdy sprzed 13 mld lat zdradzą tajemnicę!
Grafika tytułowa: Frantisek Duris / Unsplash
