W zewnętrznym halo Drogi Mlecznej znajduje się obiekt, który od lat intryguje badaczy kosmosu. Gromada kulista NGC 5824, będąca jedną z najjaśniejszych i najstarszych struktur tego typu w naszej galaktyce, stała się właśnie bohaterką intrygujących badań. Najnowsze analizy sugerują, że ten gęsty zbiór gwiazd może być osadzony wewnątrz własnego halo ciemnej materii. Jeśli te przypuszczenia zostaną ostatecznie potwierdzone, nasze zrozumienie ewolucji gromad kulistych i samej natury ciemnej materii może ulec diametralnej zmianie.
Gromada NGC 5824 to obiekt o imponujących parametrach. Znajduje się ona w odległości około 104 000 lat świetlnych od Ziemi, co plasuje ją w dalekich rejonach zewnętrznego halo Drogi Mlecznej. Jej masa szacowana jest na blisko milion mas Słońca, a wiek ocenia się na niezwykłe 12,8 miliarda lat. Oznacza to, że powstała ona we wczesnych etapach formowania się wszechświata, będąc niemym świadkiem narodzin naszej galaktyki.
Pod względem jasności, NGC 5824 zajmuje drugie miejsce wśród wszystkich gromad kulistych w zewnętrznym halo, co czyni ją wdzięcznym, choć wymagającym obiektem do obserwacji. To, co jednak najbardziej przykuwa uwagę astronomów, to jej niezwykła struktura zewnętrzna – rozproszona otoczka gwiazdowa, która symetrycznie otacza gromadę i rozciąga się daleko poza jej promień pływowy.
Tajemnica gwiezdnej otoczki
Pytanie o pochodzenie gwiazd w tej rozległej otoczce od dawna pozostawało bez odpowiedzi. Naukowcy zastanawiali się, czy obiekty te są nadal grawitacyjnie związane z centrum gromady, czy może stanowią pozostałość po procesach niszczenia pływowego. Aby rozwikłać tę zagadkę, międzynarodowy zespół astronomów pod kierownictwem Pauli B. Díaz z Uniwersytetu Chilijskiego przeprowadził szczegółowe śledztwo kosmiczne.
Badacze wykorzystali potężny zestaw instrumentów, w tym dane z teleskopu Magellan Clay oraz Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT). Kluczowym wsparciem okazały się również precyzyjne pomiary z misji Gaia, realizowanej przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA). Połączenie głębokiego obrazowania z wysokiej klasy astrometrią pozwoliło na przeanalizowanie profilu gwiezdnego gromady z niespotykaną dotąd dokładnością.
Co skrywa NGC 5824?
Zespół Díaz skupił się na analizie fotometrycznej oraz badaniu ruchów własnych gwiazd. Wykorzystując diagramy barwa-jasność, naukowcy byli w stanie precyzyjnie oddzielić członków gromady od gwiazd tła. Analiza tzw. funkcji jasności potwierdziła, że struktura NGC 5824 jest zaskakująco symetryczna i rozciąga się na co najmniej 20 minut kątowych.
Najbardziej intrygującym odkryciem jest jednak zewnętrzny profil gęstości powierzchniowej, który charakteryzuje się wskaźnikiem potęgowym wynoszącym -2.6. Co to oznacza w praktyce? W tradycyjnych modelach gromad kulistych, ich gęstość powinna gwałtownie spadać („odcinać się”) na pewnej odległości od centrum. W przypadku NGC 5824 takiego odcięcia nie zaobserwowano. Ten brak wyraźnej granicy gęstości jest kluczowym argumentem przemawiającym za tym, że gromada znajduje się wewnątrz halo ciemnej materii.
Brakujące ogniwo?
Hipoteza o istnieniu ciemnej materii wewnątrz gromad kulistych jest tematem gorących dyskusji w środowisku naukowym. Większość standardowych modeli zakłada, że gromady kuliste, w przeciwieństwie do galaktyk karłowatych, nie posiadają własnego halo ciemnej materii. Jednak specyficzny profil gęstości NGC 5824 idealnie pasuje do przewidywań modelu opracowanego przez Peñarrubię i współpracowników w 2017 roku, który zakłada obecność tego niewidzialnego składnika.
Obecność ciemnej materii mogłaby wyjaśniać, dlaczego gwiazdy na obrzeżach gromady pozostają z nią związane, mimo że znajdują się poza teoretycznym promieniem pływowym wyznaczonym przez oddziaływanie Drogi Mlecznej. Ciemna materia stanowiłaby dodatkowy „klej grawitacyjny”, stabilizujący całą strukturę.
W poszukiwaniu prędkości radialnych
Choć obecne wyniki są niezwykle obiecujące, autorzy badania podkreślają, że do ostatecznego potwierdzenia tej śmiałej tezy potrzebne są dane kinematyczne. Sam obraz rozkładu gwiazd to za mało – konieczne jest poznanie ich prędkości radialnych. Zespół Pauli B. Díaz postuluje przeprowadzenie szeroko zakrojonych obserwacji spektroskopowych gwiazd znajdujących się na peryferiach NGC 5824.
Dopiero precyzyjne pomiary prędkości pozwolą jednoznacznie rozstrzygnąć, czy obserwowana struktura jest wynikiem oddziaływania ciemnej materii, czy może wynika z innych efektów dynamicznych, takich jak np. gwiezdne strumienie pływowe. Jeśli jednak hipoteza o ciemnej materii się potwierdzi, NGC 5824 może stać się „kamieniem z Rosetty” dla astrofizyki, pozwalającym zrozumieć, jak powstawały pierwsze masywne obiekty we wszechświecie.
Źródło: arXiv