To jedno z najbardziej spektakularnych odkryć ostatnich lat w astrofizyce. Naukowcy, po raz pierwszy w historii, zdołali precyzyjnie określić pełne rozmiary IC 1101 – galaktyki, która od dawna nosiła miano największej w znanym Wszechświecie. Wyniki są oszałamiające i potwierdzają jej status kosmicznego giganta, przekraczającego wyobrażenia o skalach, jakie mogą osiągać układy gwiazd. Materiał, opublikowany 16 lipca na serwerze preprintów arXiv, rzuca nowe światło na procesy formowania się największych struktur w kosmosie.
Największe galaktyki, określane mianem najjaśniejszych galaktyk w gromadach (BCG – Brightest Cluster Galaxies), stanowią produkty hierarchicznego formowania się galaktyk. Rosną one poprzez pochłanianie mniejszych układów gwiezdnych na przestrzeni miliardów lat. Ich słabe halo gwiazdowe płynnie łączy się z ośrodkiem międzygromadnym (ICM) – rozproszonym gazem i gwiazdami wypełniającymi przestrzeń międzygalaktyczną w gromadzie galaktyk. To właśnie to płynne zlewanie się sprawia, że pomiar rozmiarów BCG jest niezwykle trudny. Ich obrzeża, zawierające ślady dawnych procesów łączenia się galaktyki, takie jak ogony pływowe i halo gwiazdowe, które z kolei nakładają się na otoczenie międzygalaktyczne, co utrudnia określenie, gdzie kończy się galaktyka, a zaczyna reszta gromady.
Zespół badawczy, kierowany przez Carlosa Marrero-de la Rosę z Instituto de Astrofísica de Canarias, skoncentrował się na jednym z najbardziej rozległych systemów gwiezdnych, jakie kiedykolwiek zaobserwowano: IC 1101, galaktyce BCG znajdującej się w centrum gromady galaktyk Abell 2029. Wcześniej jej rozciągłość gwiazdowa była szacowana na 607 kiloparseków. Aby wykryć prawdziwą krawędź galaktyki, astronomowie wykorzystali ultra-głębokie obrazy z kamery Wide Field Camera zainstalowanej na Teleskopie Isaaca Newtona (INT).
Zmierzenie prawdziwej krawędzi galaktyki oznacza wykrywanie niezwykle słabego światła gwiazd i oddzielanie go od niepożądanego źródła zanieczyszczeń: rozproszonego światła z gwiazd pierwszego planu. Światło to może tworzyć słabą poświatę na obrazie, która zaciera dokładnie te słabe obszary, na które polują astronomowie.
Kluczem do sukcesu okazało się opracowanie szczegółowego modelu funkcji rozproszenia punktowego teleskopu (PSF), bazującego na dziesiątkach gwiazd kalibracyjnych o różnej jasności. Następnie, wykorzystując ten model, naukowcy byli w stanie odfiltrować rozproszone światło ponad 250 gwiazd, jedna po drugiej, z finalnego obrazu. Dzięki tej innowacyjnej technice udało się odsłonić niezwykle słabe struktury, dotychczas ukryte w kosmicznym szumie.
Prawdziwe wymiary IC 1101
Analiza profili radialnych – czyli zmian jasności światła gwiazd wraz z promieniem od centrum – ujawniła wyraźną krawędź galaktyki na promieniu 260 kiloparseków. Oznacza to, że potwierdzona średnica galaktyki IC 1101 sięga około 520 kiloparseków, co czyni ją największą znaną galaktyką do tej pory. „Mierzony promień krawędzi dla IC 1101 pozostaje wśród największych wartości zgłoszonych do tej pory dla pojedynczej galaktyki, odpowiadając rzutowanej średnicy ~520 kpc”, pisze zespół w swojej pracy. Całkowita zamknięta masa gwiazdowa, w zależności od dokładnego wyznaczenia granicy, szacowana jest na około 3,4 biliona mas Słońca.
Aby uzmysłowić sobie skalę tego odkrycia, warto porównać IC 1101 z naszą Drogą Mleczną. Nasza galaktyka rozciąga się na zaledwie około 30 kiloparseków. Oznacza to, że IC 1101 jest około 17 razy większa pod względem rozciągłości. Sama jej masa gwiazdowa przewyższa całkowitą masę Drogi Mlecznej (włączając w to ciemną materię), która szacowana jest na od 1 do 1,5 biliona mas Słońca.
Ten olbrzym wciąż rośnie
Co więcej, poza główną krawędzią galaktyki, zespół wykrył osiem rozległych, słabych i asymetrycznych struktur gwiazdowych. Dwie z nich pokrywają się ze znanymi „rozbryzgującymi się” zaburzeniami rentgenowskimi w otaczającym gorącym gazie gromady. To kluczowy dowód na to, że galaktyka IC 1101 wciąż rośnie poprzez trwającą akrecję, a nie jest już ustabilizowanym systemem. Zespół badawczy stwierdza, że obrzeża IC 1101 „wykazują wyraźne sygnatury trwającego gromadzenia masy”, co wskazuje na to, że jej rozmiar wciąż się zwiększa.
To odkrycie jest zbieżne z wcześniejszymi badaniami rentgenowskimi, które zidentyfikowały podobne zaburzenia jako prawdopodobny ślad przeszłej kolizji z inną grupą galaktyk, mającą miejsce około 2-3 miliardy lat temu. Wszechświat wciąż zaskakuje nas swoimi monumentalnymi strukturami i dynamiką, a najnowsze pomiary IC 1101 otwierają nowy rozdział w zrozumieniu ewolucji kosmicznych gigantów.