Kolem Mléčné dráhy jsou doslova desítky trpasličích galaxií, které jsou nadále pomalu absorbovány do naší vlastní. Tyto galaxie jsou hlavním zdrojem zájmu astronomů, protože nás mohou hodně naučit o kosmickém vývoji, například o tom, jak se menší galaxie v průběhu času spojovaly a vytvářely větší struktury. Vzhledem k tomu, že jsou považovány za pozůstatky úplně prvních galaxií ve vesmíru, jsou také podobné „galaktickým fosiliím“.
Nedávno tým astrofyziků z Massachusettského technologického institutu (MIT) pozoroval jednu z nejstarších z těchto galaxií (Tucana II) a všiml si něčeho neočekávaného. Na okraji galaxie pozorovali hvězdy v konfiguraci, která naznačuje, že Tucana II má rozšířené halo temné hmoty . Tato zjištění naznačují, že nejstarší galaxie ve vesmíru měly více temné hmoty, než se dříve myslelo.
Výzkum vedl student fyziky Anirudh Chiti z MIT Kavliho institut pro astrofyziku a výzkum vesmíru , a Anna Frebelová – Silverman Family Career Development Associate Professor of Physics na MIT. K nim se připojilo několik kolegů z Kavli, stejně jako Observatoře Carnegie Institution of Washington , Řitní otvor Výzkumná škola astronomie a astrofyziky a UC Berkeley.
Část virtuálního vesmíru o průměru miliardy světelných let ukazující, jak je temná hmota rozložena ve vesmíru, s halos temné hmoty, žlutými shluky, propojenými tmavými vlákny. Kredit: Joachim Stadel, UZH
Shrnout, Temná hmota odkazuje na neviditelnou hmotu, o které astronomové začali teoretizovat během 60. let 20. století. Tvoří 85 % hmoty ve vesmíru a asi jednu čtvrtinu jeho celkové hustoty hmoty a energie. Zatímco všechny pokusy najít kandidátskou částici pro temnou hmotu (zatím) se nesetkaly s úspěchem, vědci jsou schopni pozorovat její vliv na rozsáhlé struktury (jako jsou galaxie a kupy galaxií).
Dokonalým příkladem toho je Halos temné hmoty , což se týká místní koncentrace hmoty, která prostupuje a obklopuje galaxie, skupiny a kupy galaxií a drží je pohromadě. Přítomnost těchto halo je určena pozorováním rotačních křivek galaxií a pohybů galaxií ve skupinách a kupách, které astronomové nezaznamenali v souladu s množstvím hmoty, kterou mohou vidět (také znám jako „světelná hmota“).
Tucana II je ultra slabá trpasličí galaxie nacházející se asi 163 000 světelných let od Země ve směru souhvězdí tucana . Na základě stáří svých hvězd (všechny staré a velmi slabé červené hvězdy) a nízké metalicity je Tucana II jednou z nejprimitivnějších známých trpasličích galaxií. Dříve astronomové identifikovali hvězdy kolem jejího jádra s tak nízkým obsahem kovu, že galaxie byla považována za nejstarší ze známých ultraslabých trpasličích galaxií.
V zájmu své studie Chiti, Frebel a jejich tým pozorovali Tuscanu II, aby zjistili, zda tato starověká galaxie může obsahovat ještě starší hvězdy – jejichž studie by mohla nabídnout pohled na formování prvních galaxií ve vesmíru. Odhaduje se, že vznikly zhruba před 13 miliardami let, pouhých 800 milionů let po velkém třesku. Aby to otestovali, získali data z Teleskop SkyMapper , optický pozemní dalekohled v Austrálii.
Okolí ultra slabé trpasličí galaxie Tucana II, jak je zobrazeno teleskopem SkyMapper. Kredity: Anirudh Chiti, MIT
Poté aplikovali zobrazovací filtr, aby zachytili zvláště slabé hvězdy chudé na kov a svá pozorování spojili s algoritmem (vyvinutý společností Chiti), aby je identifikoval. Kromě dříve identifikovaných hvězd poblíž jádra pozorovali devět nových hvězd na okraji Tucana II. Také si všimli, že byli v konfiguraci, která naznačovala, že byli zachyceni gravitační přitažlivostí galaxie.
To bylo překvapivé vzhledem k tomu, jak daleko od jádra byly, a naznačuje to, že Tucana II má rozšířené halo temné hmoty, které je třikrát až pětkrát hmotnější, než se dříve předpokládalo. 'Tucana II má mnohem větší hmotnost, než jsme si mysleli, abychom mohli spojit tyto hvězdy, které jsou tak daleko,' řekl Chiti. 'To znamená, že další reliktní první galaxie mají pravděpodobně také tyto druhy rozšířených halo.'
Chiti a Frebel navázali na tyto výsledky pomocí dat dříve získaných Magellanovými dalekohledy v Observatoř Las Campanas v Chile. Tato pozorování naznačovala, že devět nových hvězd bylo ještě chudších na kov (starších) než hvězdy v jádře. Tyto výsledky jsou prvním důkazem, že ultraslabé trpasličí galaxie mají rozšířená hala a mohly by mít významné důsledky pro kosmologické teorie. Jak vysvětlil Frebel:
'To pravděpodobně také znamená, že nejstarší galaxie se vytvořily v mnohem větších halozích temné hmoty, než se dříve myslelo.' Mysleli jsme si, že první galaxie byly ty nejmenší, nejslabší galaxie. Ale ve skutečnosti mohly být několikrát větší, než jsme si mysleli, a nakonec ne tak malé.'
Ilustrace toho, jak může noční obloha vypadat za miliardy let, když se galaxie Andromeda pomalu přibližuje ke splynutí s Mléčnou dráhou. Poděkování: NASA/ESA/Z. Levay a R. van der Marel, STScI/T. Hallas; a A. Mellinger
A co víc, nerovnováha mezi starými hvězdami v blízkosti jádra a ještě staršími hvězdami na periferii by mohla být známkou toho, že Tucana II mohla být produktem jedné z prvních fúzí ve vesmíru. Tento proces „galaktického kanibalismu“ se neustále vyskytuje v celém dnešním vesmíru a bude se odehrávat přibližně v okolí 3,75 miliardy let mezi Mléčná dráha a sousední galaxie Andromeda .
Doposud však nebylo jasné, zda se rané galaxie sloučily podobným způsobem. V tomto ohledu Frebel tvrdí, že to, co pozorovali, by mohlo být další prvenství:
'Možná vidíme první známky galaktického kanibalismu.' Jedna galaxie možná sežrala jednoho ze svých o něco menších, primitivnějších sousedů, který pak rozlil všechny své hvězdy do okrajových částí. Tucana II nakonec sežere Mléčná dráha, žádné slitování. A ukázalo se, že tato prastará galaxie může mít svou vlastní kanibalistickou historii. Pravděpodobně existuje mnohem více systémů, možná všechny, které mají tyto hvězdy blikající na jejich okraji.“
V blízké budoucnosti tým plánuje použít stejný přístup k pozorování dalších ultraslabých trpasličích galaxií kolem Mléčné dráhy. Pokud náhodou najdou mnoho dalších příkladů velmi starých hvězd obíhajících poblíž okrajů trpasličích galaxií, bude to indikovat, že temná hmota hrála zvláště důležitou roli při slučování starověkých galaxií a jejich následném vývoji.
Studie, která popisuje jejich zjištění, “ Chemická abundance nových členských hvězd v trpasličí galaxii Tucana II ,“ nedávno se objevil vThe Astrophysical Journal. Výzkum byl umožněn částečně díky podpoře poskytnuté NASA a National Science Foundation (NSF).
Další čtení: S
