Astronomer, der kæmper gennem data fra ESAs Gaia-rumfartøj, har opdaget, hvad de kalder en spøgelsesgalakse. Galaksen, kaldet Antlia 2 (Ant 2), er en ekstremt lav-tæthed dværg galakse, der blev dannet i de tidlige dage af universet. Og det bliver frataget sin masse af mælkevejens tidevandsstyrker.
Denne spøgelsesgalakse har gemt sig i tydeligt syn hele tiden. Den lave tæthed gjorde det vanskeligt at opdage, og det gjorde også dens placering. Den er skjult bag hylsteret på Mælkevejens skive, i et område, der er kendt af astronomer som "Zone of Undtagelse" (ZOA.) Men det er enormt: det er i samme størrelse som den store magellanske sky og en tredjedel af størrelsen på Mælkevejen .
Et internationalt team af astronomer fandt Ant 2, mens de gennemgik den anden dataudgivelse fra Gaia-rumfartøjet. De ledte efter dværggalakser nær Mælkevejen ved at søge efter RR Lyrae-stjerner. RR Lyrae er variable stjerner, der bruges som standardlys. De er gamle, metalfattige stjerner, som normalt findes i dværg galakser, så hvis du finder RR Lyrae-stjerner, har du sandsynligvis fundet en dværg galakse.
I nogle henseender er Ant 2 ligesom andre dværg galakser. Alle galakser, inklusive dværggalakser som denne, dannes i forbindelse med mørkt stof. Som deres navn gør klart, er dværge mindre og har færre stjerner end andre galakser. En dværg galakse har måske kun hundrede millioner stjerner, måske så mange som et par milliarder. De er dvergede efter vores egen Mælkevej-galakse, der har mellem 200 og 400 milliarder stjerner.
”Dette er et spøgelse af en galakse. Objekter så diffuse som Ant 2 er simpelthen ikke set før. ” - Gabriel Torrealba, hovedforfatter.
Stjernerne i en dværg galakse er også forskellige end stjernerne i andre galakser. Dværg galakser var nogle af de første strukturer, der blev dannet i universet, så deres stjerner er ældre og metalfattige. De blev dannet i de tidlige dage, før successive generationer af stjerner havde frøet universet med metaller.
Mange dværg galakser er underlagt tyngdekraften i de større galakser i nærheden af dem, og Ant 2 er ingen undtagelse. Man ser ofte, at de bliver trukket mod større galakser og blive revet fra hinanden af disse interaktioner. Dette kan resultere i fusioner af galaksen, og det er hvad der kan ske med Ant 2.
Men spøgelsesgalaksen Ant 2 adskiller sig fra andre dværge. Det giver meget lidt lys ud. Sammenlignet med en anden af Mælkevejens satellitgalakser, den store magellanske sky, er den 10.000 gange svagere. Afhængig af hvordan du ser på det, er det enten for stort til dets lysstyrke eller for svagt til dets størrelse.
”Dette er et spøgelse af en galakse,” sagde Gabriel Torrealba, papirets hovedforfatter. ”Objekter så diffuse som Ant 2 er simpelthen ikke set før. Vores opdagelse var kun mulig takket være kvaliteten af Gaia-dataene. ”
ESAs Gaia-mission har produceret det rigeste stjerne-katalog til dato, inklusive målinger af høj præcision på næsten 1,7 milliarder stjerner. Det har afsløret tidligere usete detaljer om vores hjemmegalakse og vist, hvordan Mælkevejen dannedes ved at fusionere med en anden galakse for 10 milliarder år siden. Tidligere i år stillede Gaias anden dataudgivelse nye detaljer om stjerner på Mælkevejen til rådighed for forskere over hele verden, og det har været en skattekiste for astronomer, herunder holdet bag spøgelsesgalaksen.
Teamet af astronomer bag studiet kommer fra Taiwan, England, USA, Australien og Tyskland. De søgte Gaias anden dataudgivelse for RR Lyrae-stjerner i håb om at finde flere dværggalakser. Disse gamle stjerner har godt forståede pulser af lysstyrke, der varer en halv dag, så de er meget nyttige.
”RR Lyrae var blevet fundet i enhver kendt dværgssatellit, så da vi fandt en gruppe af dem, der sad over den galaktiske disk, blev vi ikke helt overrasket,” sagde medforfatter Vasily Belokurov fra Cambridge's Institute of Astronomy. ”Men da vi kiggede nærmere på deres placering på himlen, viste det sig, at vi fandt noget nyt, da intet tidligere identificeret objekt kom op i nogen af de databaser, vi søgte igennem.”
”Vi spekulerer på, om denne galakse kun er toppen af et isbjerge, og Mælkevejen er omgivet af en stor befolkning på næsten usynlige dværge, der ligner denne.” - Medforfatter Matthew Walker, Carnegie Mellon University.
Holdet underrettede deres kolleger ved det anglo-australske teleskop (AAT) i Australien. Under en stram tidslinje målte astronomer ved AAT spektret af mere end 100 røde kæmpe stjerner i spøgelsesgalaksen. Disse spektre gav den bekræftelse, holdet havde brug for.
Spektrene viste, at alle stjerner bevægede sig sammen. Myr 2 kommer aldrig for tæt på Mælkevejen og forbliver altid mindst 130.000 lysår væk. Forskerne var også i stand til at opnå galaksenes masse, som var meget lavere end forventet for et objekt af dens størrelse.
”Den enkleste forklaring på, hvorfor Ant 2 ser ud til at have så lille masse i dag, er, at den adskilles af de galaktiske tidevand på Mælkevejen,” sagde medforfatter Sergey Koposov fra Carnegie Mellon University. ”Hvad der dog forbliver uforklarlig, er objektets kæmpe størrelse. Når galakser mister masse til Mælkevejens tidevand, krymper de normalt ikke og vokser ikke.
Så Ant 2 er lidt af et mysterium for astronomer. Det er meget stort for noget med så lav masse. At fjerne masse kan ikke gøre spøgelsesgalaksen større; det giver ingen mening. Der må være en anden grund til, at den vokser i størrelse, mens den mister masse, men indtil videre ved det ikke. Vores nuværende teorier om dannelse af galakse forudsiger ikke objekter som Ant 2.
En række spekulationer antyder, at meget kraftig stjernedannelse inde i Ant 2 kunne få den til at udvide sig, mens Mælkevejen stjæler sin masse. Stjernen vinde og supernovaeksplosioner kunne skubbe den uudnyttede gas væk og svække tyngdekraften, der binder galaksen og lade den mørke substans, som den er knyttet til, ekspandere. Men dette er ikke bevist.
”Selv hvis stjernedannelse kunne omforme fordelingen af mørke stoffer i Ant 2, da den blev sammensat, skal den have handlet med en hidtil uset effektivitet,” sagde medforfatter Jason Sanders, også fra Cambridge.
En anden spekulationslinie involverer selve mørke stoffer, måske en anden type mørk stof. Den nuværende teori forudsiger, at mørkt stof pakker tæt i centrum af galakser. Men den diffuse, spredte natur af Ant 2 kan muligvis betyde, at en type mørk stof, der ikke klynger så let, er på arbejde. Som teamet siger i deres papir, ”Oprindelsen af denne kerne kan være i overensstemmelse med aggressiv feedback, eller den kan endda kræve alternativer til koldt mørkt stof (såsom ultralette bosoner).”
”Sammenlignet med resten af de omkring 60 Mælkevejsatellitter er Ant 2 en mærkelig fodbold,” sagde medforfatter Matthew Walker, også fra Carnegie Mellon University. ”Vi spekulerer på, om denne galakse kun er toppen af et isbjerge, og Mælkevejen er omgivet af en stor befolkning på næsten usynlige dværge, der ligner denne.”
At finde en oddball-spøgelsesgalakse som Ant 2 er forvirrende, men det var ikke helt uventet. Efterhånden som detektionsmetoder er blevet mere følsomme, er der fundet mere svage satellitgalakser. Det var sandsynligvis kun et spørgsmål om tid, indtil man blev fundet her, i ZOA. Men om det er den eneste, vi nogensinde har fundet, eller om vi har snublet over den første af mange takket være magten i Gaia-rumfartøjet, er stadig et åbent spørgsmål. Uanset hvad får det astronomer til at tænke over deres mest anvendelige teorier.
- Cambridge University Pressemeddelelse: “Gaia opdager en” spøgelses ”galakse ved siden af”
- Forskningsartikel: "Den skjulte kæmpe: opdagelse af en enorm galaktisk dværgssatellit i Gaia DR2"
- ESA Gaia side
- Wikipedia: RR Lyrae Stars
