En ny studie fra NASAs Spitzer-romteleskop antyder at galakser dannes innenfor klumper av mørk materie. Denne nye Spitzer-undersøkelsen fant at mengden mørk materie rundt fjerne galakser er overraskende konsistent.
Begynn med mye mørk materie, og rør deretter inn bensin. La blandingen sitte en stund, og en galakse skal reise seg ut av røren.
Denne enkle oppskriften for å bake galakser kan ikke utføres hjemme, men den gjenspeiler det astronomene lærer om galaksdannelse. Som å bake brød med gjær, kreves det et mystisk stoff i universet som kalles mørk materie for at en galakse skal vokse.
Nå foredler en ny studie fra NASAs Spitzer-romteleskop det som er kjent om denne viktige ingrediensen i galakser. Det antyder at ikke bare mørk materie er nødvendig, men at en minste mengde av materialet må være til stede før en galakse kan danne seg. Noe mindre ville bety ingen galakse - den kosmiske ekvivalenten til et mislykket brød.
"Galakser er født i store klumper av mørk materie," sa Dr. Duncan Farrah fra Cornell University, Ithaca, N.Y. "Vi finner ut at disse klumpene ser ut til å være bemerkelsesverdig konsistente i størrelse fra galakse til galakse." Farrah er hovedforfatter av en artikkel som beskriver dette og andre funn i en fersk utgave av Astrophysical Journal Letters.
Som navnene antyder, avgir ikke mørk materie noe lys, slik at ingen konvensjonelle teleskoper kan se det. Såkalt normal materie, som inkluderer planter og mennesker og alle slags romgjenstander, avgir elektromagnetisk stråling, eller lys. Det er omtrent fem ganger mer mørk materie i universet enn vanlig materie.
Likevel har mørk materie masse, noe som betyr at den kan utøve tyngdekrafter på normal materie.
"Mørk materie har tyngdekraft, så den trekker inn mer og mer mørk materie i tillegg til 'normal' gass," sa medforfatter Dr. Jason Surace ved NASAs Spitzer Science Center ved California Institute of Technology i Pasadena. "Vi vet at gassen til slutt kondenserer til stjernene som utgjør galakser, men Spitzer-studien antyder at dette ikke skjer før den mørke saken har nådd en kritisk masse."
Farrah og kollegene brukte data fra Spitzer Wide-området Infrarød ekstragalaktisk undersøkelse for å studere hundrevis av fjerne objekter, kalt ultraluminøse infrarøde galakser, som ligger milliarder av lysår unna. Disse unge galaksene er utrolig lyse og fylt med mye støvete stjernedannelsesaktiviteter.
Til å begynne med bestemte forskerne seg for å bedre forstå hvordan de unge galakser og mørk materie utvikler seg og samles sammen til de gigantiske klyngene av modne galakser som dominerer vårt nåværende univers. "Du kan tro at galakser bare distribueres tilfeldig over himmelen, som å kaste en håndfull sand på gulvet," sa Farrah. "Men det er de ikke, og grunnen kan være at den mørke saken klumper seg rundt unge galakser tiltrekker hverandre som lim."
Ved å bestemme hvor tett de ultraluminøse infrarøde galaksene hadde begynt å slå sammen, kunne Farrah og kollegene indirekte måle hvor mye mørk materie "lim" som var til stede. Jo strammere gruppering, jo mer mørk materie var det. De gjorde denne beregningen for to grupper galakser i forskjellige avstander fra Jorden.
Det var da de la merke til noe rart. For hver galakse de studerte, uansett hvor langt unna, så det ut til å være omkringliggende mørkstoffklumper av omtrent samme størrelse, tilsvarende 10 billioner solmasser. Fordi astronomene ikke fant noen galakser koblet med mindre enn 10 billioner solmasser av mørk materie, mener de at denne mengden må være det minste som er nødvendig for at en ultraluminøs infrarød galakse kan dannes.
"Disse mørke stoffklumpene kan være som frø som føder disse fjerne galaksene," sa Surace. "Lignende galakser i vårt nærliggende univers dannes på en helt annen måte, så det vi lærer gjelder en annen epoke i vårt univers, langt tilbake i kosmisk tid."
Hvorvidt andre typer galakser også kan oppstå på lignende måter, er et pågående spørsmål innen astronomi. Tidligere studier på sterkt energiske galakser kalt kvasarer har antydet at objektene også krever en minimumsmasse mørk materie for å vokse. Bare i så tilfelle var galaksenes "deig" ikke like tett, omtrent fire til fem billioner solmasser.
Det ser ut til at astronomer vil måtte vente litt lenger før universet gir opp sine best bevarte familieoppskrifter.
Originalkilde: NASA News Release
