Astronomer som kjemper gjennom data fra ESAs Gaia-romfartøy, har oppdaget hva de kaller en spøkelsesgalakse. Galaksen, kalt Antlia 2 (Ant 2), er en ekstremt lav tetthet dverggalakse som ble dannet i de første dagene av universet. Og den blir frastjålet sin masse av tidevannskreftene på Melkeveien.
Denne spøkelsesgalaksen har gjemt seg i tydelig syn hele tiden. Den lave tettheten gjorde det vanskelig å oppdage, og det gjorde også plasseringen. Den er gjemt bak hylsen på Melkeveiens plate, i et område kjent for astronomer som "Zone of Avoidance" (ZOA.) Men det er enormt: det er i samme størrelse som Stor Magellanic Cloud og en tredjedel på størrelse med Melkeveien .
Et internasjonalt team av astronomer fant Ant 2 mens de gikk gjennom den andre datautgivelsen fra Gaia-romfartøyet. De lette etter dverggalakser nær Melkeveien ved å søke etter RR Lyrae-stjerner. RR Lyrae er variable stjerner som brukes som standardlys. De er gamle, metallfattige stjerner som vanligvis finnes i dverggalakser, så hvis du finner RR Lyrae-stjerner, har du sannsynligvis funnet en dverggalakse.
På noen måter er Ant 2 som andre dverggalakser. Alle galakser, inkludert dverggalakser som denne, dannes i forbindelse med mørk materie. Som navnet tydeliggjør, er dvergene mindre og har færre stjerner enn andre galakser. En dverggalakse kan ha bare hundre millioner stjerner, kanskje så mange som noen få milliarder kroner. De er dvergde etter vår egen Melkeveis galakse, som har mellom 200 og 400 milliarder stjerner.
“Dette er et spøkelse av en galakse. Gjenstander så diffuse som Ant 2 har rett og slett ikke blitt sett før. ” - Gabriel Torrealba, hovedforfatter.
Stjernene i en dverggalakse er også annerledes enn stjernene i andre galakser. Dverggalakser var noen av de første strukturene som ble dannet i universet, så stjernene deres er eldre og metallfattige. De ble dannet i de første dagene, før påfølgende generasjoner av stjerner hadde frøset universet med metaller.
Mange dverggalakser er utsatt for tyngdekraften til de større galaksene i nærheten av dem, og Ant 2 er intet unntak. De blir ofte sett på å bli trukket mot større galakser og bli dratt fra hverandre av disse samhandlingene. Dette kan resultere i galaksefusjoner, og det er det som kan skje med Ant 2.
Men spøkelsesgalaksen Ant 2 skiller seg fra andre dverger. Det gir veldig lite lys. Sammenlignet med en annen av Melkeveiens satellittgalakser, den store magellanske skyen, er den 10.000 ganger svakere. Avhengig av hvordan du ser på den, er den enten for stor for lysstyrken eller for svak for størrelsen.
"Dette er et spøkelse av en galakse," sa Gabriel Torrealba, avisens hovedforfatter. “Gjenstander så diffuse som Ant 2 har rett og slett ikke blitt sett før. Oppdagelsen vår var bare mulig takket være kvaliteten på Gaia-dataene. ”
ESAs Gaia-oppdrag har produsert den rikeste stjernekatalogen til dags dato, inkludert høye presisjonsmålinger på nesten 1,7 milliarder stjerner. Den har avslørt tidligere usettede detaljer om hjemmet vårt Galaxy, og vist hvordan Melkeveien ble dannet ved å fusjonere med en annen galakse for 10 milliarder år siden. Tidligere i år gjorde Gaias andre datautgivelse nye detaljer om stjerner i Melkeveien tilgjengelig for forskere over hele verden, og det har vært en skattekiste for astronomer, inkludert teamet bak spøkelsesgalaksen.
Teamet av astronomer bak studien kommer fra Taiwan, Storbritannia, USA, Australia og Tyskland. De søkte på Gaias andre datautgivelse for RR Lyrae-stjerner, i håp om å finne flere dverggalakser. Disse gamle stjernene har godt forstått lysstyrke som varer en halv dag, så de er veldig nyttige.
"RR Lyrae hadde blitt funnet i hver kjent dvergssatellitt, så da vi fant en gruppe av dem som satt over den galaktiske platen, ble vi ikke helt overrasket," sa medforfatter Vasily Belokurov fra Cambridges institutt for astronomi. "Men da vi så nærmere på deres beliggenhet på himmelen, viste det seg at vi fant noe nytt, da ingen tidligere identifiserte gjenstander kom opp i noen av databasene vi søkte gjennom."
"Vi lurer på om denne galaksen bare er toppen av et isfjell, og Melkeveien er omgitt av en stor befolkning på nesten usynlige dverger som ligner denne." - medforfatter Matthew Walker, Carnegie Mellon University.
Teamet varslet kollegene sine ved det anglo-australske teleskopet (AAT) i Australia. Under en stram tidslinje målte astronomer ved AAT spektrene til mer enn 100 røde kjempestjerner i spøkelsesgalaksen. Disse spektraene ga bekreftelsen teamet trengte.
Spektrene viste at alle stjernene beveget seg sammen. Myr 2 kommer aldri for nær Melkeveien, og holder seg alltid minst 130 000 lysår unna. Forskerne var også i stand til å skaffe galaksens masse, som var mye lavere enn forventet for et objekt av dens størrelse.
"Den enkleste forklaringen på hvorfor Ant 2 ser ut til å ha så liten masse i dag, er at den blir tatt fra hverandre av de galaktiske tidevannene til Melkeveien," sa medforfatter Sergey Koposov fra Carnegie Mellon University. "Det som imidlertid forblir uforklarlig, er objektets gigantiske størrelse. Normalt når galakser mister massen til Melkeveiens tidevann, krymper de og vokser ikke.
Så Ant 2 er litt av et mysterium for astronomer. Den er veldig stor for noe med så lav masse. Å fjerne masse kan ikke gjøre spøkelsesgalaksen større; det gir ingen mening. Det må være en annen grunn til at den vokser i størrelse mens den mister massen, men foreløpig er det ingen som vet. Våre nåværende teorier om galaksedannelse forutsier ikke gjenstander som Ant 2.
Én spekulasjonslinje antyder at veldig kraftig stjernedannelse inne i Ant 2 kan føre til at den utvides mens Melkeveien stjeler massen. Stellar vind og supernovaeksplosjoner kan skyve bort den ubrukte gassen og svekke tyngdekraften som binder galaksen og la den mørke materien det er forbundet med utvide seg. Men dette er ikke bevist.
"Selv om stjernedannelse kunne omforme fordelingen av mørke stoffer i Ant 2 slik den ble satt sammen, må den ha fungert med enestående effektivitet," sa medforfatter Jason Sanders, også fra Cambridge.
En annen spekulasjonslinje innebærer selve mørk materie, kanskje en annen type mørk materie. Nåværende teori spår at mørk materie pakker seg tett i sentrum av galakser. Men den diffuse, spredte naturen til Ant 2 kan bety at en type mørk materie som ikke klynger seg like lett, er på jobb. Som teamet sier i papiret: "Opphavet til denne kjernen kan være i samsvar med aggressiv tilbakemelding, eller kan til og med kreve alternativer til kald mørk materie (for eksempel ultralette bosoner).
"Sammenlignet med resten av de rundt 60 Melkeveisatellittene, er Ant 2 en oddball," sa medforfatter Matthew Walker, også fra Carnegie Mellon University. "Vi lurer på om denne galaksen bare er toppen av et isfjell, og Melkeveien er omgitt av en stor befolkning på nesten usynlige dverger som ligner denne."
Å finne en oddballspøkelsesgalakse som Ant 2 er forvirrende, men det var ikke helt uventet. Etter hvert som deteksjonsmetoder har blitt mer følsomme, har det blitt funnet mer svake satellittgalakser. Det var sannsynligvis bare et spørsmål om tid til man ble funnet her, i ZOA. Men om det er den eneste vi noensinne har funnet, eller om vi har snublet over den første av mange takket være kraften fra Gaia-romfartøyet, er fortsatt et åpent spørsmål. Uansett gjør det at astronomer tenker på nytt over de mest brukbare teoriene.
- Cambridge University Press Release: "Gaia oppdager en" spøkelses "galakse ved siden av"
- Forskningsartikkel: "Den skjulte giganten: oppdagelse av en enorm galaktisk dvergssatellitt i Gaia DR2"
- ESA Gaia-side
- Wikipedia: RR Lyrae Stars
