Gaia dostrzegła galaktycznego ‘ducha’ nieopodal Drogi Mlecznej

Satelita Gaia dostrzegła potężną galaktykę czającą się tuż za Drogą Mleczną.

Międzynarodowy zespół astronomów odkrył podczas analizy danych zebranych przez satelitę Gaia masywny obiekt. Ów obiekt, nazwany Antlia 2 (Ant 2), unikał wykrycia do teraz dzięki swojej wyjątkowo niskiej gęstości oraz idealnej kryjówce, schowany za gęstym dyskiem Drogi Mlecznej. Wyniki swojego odkrycia badacze opublikowali 13 listopada br.

Ant 2 to galaktyka karłowata. Gdy we wczesnym wszechświecie pojawiały się pierwsze struktury, galaktyki karłowate były jednymi z pierwszych, a więc większość tworzących je gwiazdy stanowią stare, małomasywne i ubogie w metale gwiazdy. Jednak w porównaniu do innych znanych galaktyk karłowatych naszej Galaktyki, Ant 2 jest ogromna: rozmiarami przypomina Wielki Obłok Magellana (LMC). To co sprawia, że Ant 2 jest wyjątkowa jest jej wyjątkowo niska jasność. W porównaniu do LMC, innej galaktyki satelitarnej Drogi Mlecznej, Ant 2 jest 10 000 razy ciemniejsza. Innymi słowy, jest albo znacząco za duża na swoją jasność, albo za ciemna na swoje rozmiary.

“To jest duch galaktyki” mówi Gabriel Torrealba, główny autor artykułu. “Obiektów tak rozmytych jak Ant 2 nie obserwowaliśmy nigdy wcześniej. Nasze odkrycie było możliwe tylko dzięki wyjątkowej jakości danych z satelity Gaia”.

Gaia stworzyła najbogatszy w historii katalog gwiazd obejmujący bardzo precyzyjne pomiary niemal 1,7 miliarda gwiazd, otwierając przed nami nieznane dotąd szczegóły naszej galaktyki.

Badacze odpowiadający za omawiane tutaj badania – z Tajwanu, Wielkiej Brytanii, USA, Australii i Niemiec – przeglądali nowe dane z Gaia poszukując w nich satelitów Drogi Mlecznej wykorzystując do tego gwiazdy RR Lyrae. Są to gwiazdy stare i ubogie w metale – takie jakie zazwyczaj znajdujemy w galaktykach karłowatych. RR Lyrae zmieniają swoją jasność co pół dnia i można ich poszukiwać właśnie w oparciu o ten jednolity schemat pulsacji.

“Gwiazdy RR Lyrae odkrywamy w każdej znanej galaktyce satelitarnej, zatem gdy znaleźliśmy grupę takich gwiazd nad dyskiem Galaktyki, nie byliśmy przesadnie zaskoczeni” mówi współautor opracowania Wasilij Belokurov z Instytutu Astronomii w Cambridge. “Jednak gdy uważniej przyjrzeliśmy się  ich położeniu na niebie okazało się, że znaleźliśmy coś nowego”.

Badacze skontaktowali się ze współpracownikami z Anglo-Australian Telescope (AAT) w Australii, jednak gdy sprawdzili koordynaty Ant 2, uświadomili sobie, że mają ograniczone okno czasowe na zebranie nowych danych. Badaczom udało się zmierzyć widmo ponad 100 czerwonych olbrzymów zanim ruch Ziemi wokół Słońca uniemożliwił obserwacje Ant 2 na kilka miesięcy.

Widma uzyskane przez członków zespołu pozwoliły stwierdzić, że zauważona przez nich galaktyka-duch jest prawdziwa: wszystkie gwiazdy poruszały się tak samo. Ant 2 nigdy nie zbliża się do Drogi Mlecznej, zawsze pozostając co najmniej 40 kiloparseków (około 130 000 lat świetlnych) od niej. Badaczom udało się także zmierzyć masę galaktyki, która okazała się dużo niższa niż oczekiwalibyśmy po obiekcie tych rozmiarów.

“Najprostsze wytłumaczenie tego, że Ant 2 wydaje się tak małomasywna mówi, że jest ona rozrywana przez pływy galaktyczne ze strony Drogi Mlecznej” mówi współautor opracowania Sergiej Koposow z Carnegie Mellon University. “Niewyjaśnione jak na razie pozostają ogromne rozmiary galaktyki. Normalnie gdy galaktyki tracą masę wskutek oddziaływania pływowego Drogi Mlecznej, maleją, a nie powiększają się”.

Skoro rozdęcie galaktyki karłowatej poprzez usunięcie z niej materii jest niemożliwe, to widocznie musiała ona na początku być ogromna. Badacze muszą jeszcze dokładnie zrozumieć proces, który doprowadził do takiego wydłużenia Ant 2. Choć obiekty tych rozmiarów i o tej jasności nie są przewidywane przez obecne modele formowania galaktyk, ostatnio spekulowano o tym, że niektóre galaktyki karłowate mogą powiększać rozmiary wskutek intensywnych okresów formowania gwiazd. Wiatry gwiezdne oraz eksplozje supernowych mogą wypychać niewykorzystany gaz, osłabiając grawitację trzymającą galaktykę w całości i umożliwiając odpływanie z niej ciemnej materii.

“Nawet jeżeli procesy gwiazdotwórcze mogą zmieniać kształt rozkładu ciemnej materii  w Ant 2, musiałby to być proces niespotykanie wydajny” zaznacza współautor opracowania Jason Sanders z Cambridge.

Alternatywnie niska gęstość Ant 2 może oznaczać, że konieczne jest wprowadzenie modyfikacji do obecnie przyjmowanych właściwości ciemnej materii. Obecnie faworyzowana teoria zakłada, że ciemna materia skupia się w samym centrum galaktyk.

“W porównaniu do pozostałych około 60 galaktyk satelitarnych Drogi Mlecznej, Ant 2 jest wyjątkowa” mówi Matthew Walker z Carnegie Mellon University. “Zastanawiamy się czy ta galaktyka nie jest tylko czubkiem góry lodowej i Droga Mleczna nie jest otoczona sporą populacją niemal niewidocznych galaktyk karłowatych podobnych do tej”.

Przepaść między Ant 2 i resztą galaktyk karłowatych Drogi Mlecznej jest tak duża, że może wskazywać, że w naszych modelach powstawania galaktyk karłowatych brakuje jakiejś istotnej części fizyki. Rozwiązanie zagadki Ant 2 może pomóc badaczom zrozumieć jak powstawały pierwsze struktury we wczesnym wszechświecie.

Źródło: University of Cambridge