Alle ved, at galakser er enorme samlinger af stjerner. En enkelt galakse kan indeholde hundreder af milliarder af dem. Men der er en type galakse, der ikke har nogen stjerner. Det er rigtigt: nul stjerner.
Disse galakser kaldes Dark Galaxies eller Dark Matter Galaxies. Og snarere end at bestå af stjerner, består de hovedsageligt af Dark Matter. Teori forudsiger, at der skulle være mange af disse dværgmørke galakser i glorie omkring 'almindelige' galakser, men det har været vanskeligt at finde dem.
Nu i en ny artikel, der skal offentliggøres i Astrophysical Journal, meddeler Yashar Hezaveh ved Stanford University i Californien og hans team af kolleger opdagelsen af et sådant objekt. Holdet brugte forbedrede kapaciteter i Atacamas Large Millimeter Array til at undersøge en Einstein-ring, så navngivet, fordi Einsteins teori om generel relativitet forudsagde fænomenet længe før en blev observeret.
En Einstein-ring er, når den massive tyngdekraft af en tæt genstand forvrænger lyset fra et langt mere fjernt objekt. De fungerer meget som linsen i et teleskop eller endda et par briller. Glasets masse i linsen dirigerer indgående lys på en sådan måde, at fjerne objekter forstørres.
Einsteinringe og gravitationslinse gør det muligt for astronomer at studere ekstremt fjerne objekter ved at se på dem gennem en tyngdekraftlinse. Men de tillader også astronomer at lære mere om den galakse, der fungerer som linsen, hvilket er, hvad der skete i dette tilfælde.
Hvis et glaslinse havde små vandplader på det, ville disse pletter tilføje en lille mængde forvrængning til billedet. Det er, hvad der skete i dette tilfælde, undtagen snarere end mikroskopiske vanddråber på en linse, forvrængningerne blev forårsaget af små dværggalakser bestående af Dark Matter. ”Vi kan finde disse usynlige objekter på samme måde som du kan se regndråber i et vindue. Du ved, at de er der, fordi de forvrænger billedet af baggrundsobjekterne, ”forklarede Hezaveh. Forskellen er, at vand forvrænger lys ved brydning, mens stof fordrejer lys ved tyngdekraft.
Da ALMA-anlægget øgede sin opløsning, studerede astronomer forskellige astronomiske objekter for at teste dens evner. Et af disse objekter var SDP81, gravitationslinsen i ovenstående billede. Da de undersøgte den fjernere galakse, der blev linset af SDP81, opdagede de mindre forvrængninger i ringen af den fjerne galakse. Hezaveh og hans team konkluderer, at disse forvrængninger signalerer tilstedeværelsen af en Dwarf Dark Galaxy.
Men hvorfor betyder det hele noget? Fordi der er et problem i universet, eller i det mindste i vores forståelse af det; et problem med manglende masse.
Vores forståelse af dannelsen af universets struktur er temmelig solid, i det mindste i større skala. Forudsigelser baseret på denne model stemmer overens med observationer af den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB) og galakse-klynger. Men vores forståelse bryder noget ned, når det kommer til universets mindre skala-struktur.
Et eksempel på vores manglende forståelse på dette område er det, der er kendt som det manglende satellitproblem. Teori forudsiger, at der skal være en stor population af, hvad der kaldes sub-halo-objekter i haloen af mørkt stof omkring galakser. Disse objekter kan variere fra ting så store som de magellanske skyer ned til meget mindre genstande. I observationer af den lokale gruppe er der et udtalt underskud af disse objekter, svarende til en faktor 10, sammenlignet med teoretiske forudsigelser.
Fordi vi ikke har fundet dem, skal en af to ting ske: enten bliver vi bedre til at finde dem, eller vi ændrer vores teori. Men det ser ud til at være lidt for tidligt til at ændre vores teorier om universets struktur, fordi vi ikke har fundet noget, der i sig selv er svært at finde. Derfor er denne meddelelse så vigtig.
Observationen og identifikationen af en af disse dværgmørke galakser burde åbne døren for mere. Når der er fundet endnu mere, kan vi begynde at opbygge en model for deres befolkning og distribution. Så hvis der i fremtiden findes flere af disse dværgmørke galakser, vil det gradvist bekræfte vores overordnede forståelse af universets dannelse og struktur. Og det betyder, at vi er på det rigtige spor, når det kommer til at forstå Dark Matter's rolle i universet. Hvis vi ikke kan finde dem, og den, der er bundet til glorie fra SDP81, viser sig at være en afvigelse, er det teoretisk tilbage til tegnebordet.
Det krævede en masse hestekræfter at opdage Dwarf Dark Galaxy bundet til SDP81. Einsteinringe som SDP81 skal have en enorm masse for at udøve en gravitationslinsevirkning, mens Dwarf Dark Galaxies er små i sammenligning. Det er et klassisk 'nål i en høstak', og Hezaveh og hans team havde brug for massiv computerkraft for at analysere dataene fra ALMA.
ALMA og metodologien udviklet af Hezaveh og team vil forhåbentlig kaste mere lys over Dwarf Dark Galaxies i fremtiden. Holdet mener, at ALMA har et stort potentiale til at opdage flere af disse glorieobjekter, hvilket igen skulle forbedre vores forståelse af universets struktur. Som de siger i konklusionen af deres artikel, "… ALMA-observationer har potentialet til at forbedre vores forståelse af overflod af mørk materieunderstruktur væsentligt."
