Alle vet at galakser er enorme stjerner av stjerner. En enkelt galakse kan inneholde hundrevis av milliarder av dem. Men det er en type galakse som ikke har noen stjerner. Det stemmer: null stjerner.
Disse galaksene kalles Dark Galaxies, eller Dark Matter Galaxies. Og heller enn å bestå av stjerner, består de stort sett av Dark Matter. Teori spår at det burde være mange av disse Dwarf Dark Galaxies i glorie rundt ‘vanlige’ galakser, men det har vært vanskelig å finne dem.
Nå, i en ny artikkel som skal publiseres i Astrophysical Journal, kunngjør Yashar Hezaveh ved Stanford University i California, og hans team av kolleger, oppdagelsen av et slikt objekt. Teamet brukte forbedrede evner til Atacamas Large Millimeter Array for å undersøke en Einstein-ring, så kalt fordi Einsteins teori om generell relativitet spådde fenomenet lenge før en ble observert.
En Einstein-ring er når den enorme tyngdekraften til en nær gjenstand forvrenger lyset fra et langt fjernere objekt. De fungerer omtrent som linsen i et teleskop, eller til og med et par briller. Glassets masse i linsen leder innkommende lys på en slik måte at fjerne objekter blir forstørret.
Einstein-ringer og gravitasjonslinser lar astronomer studere ekstremt fjerne objekter ved å se på dem gjennom en tyngdekraftlinser. Men de lar også astronomer lære mer om galaksen som fungerer som linsen, og det er det som skjedde i dette tilfellet.
Hvis et glasslinser hadde små vannflekker på det, ville disse flekkene tilført en liten mengde forvrengning i bildet. Det var det som skjedde i dette tilfellet, bortsett fra snarere enn mikroskopiske vanndråper på en linse, var forvrengningene forårsaket av ørsmå Dwarf Galaxies bestående av Dark Matter. ”Vi kan finne disse usynlige objektene på samme måte som du kan se regndråper på et vindu. Du vet at de er der fordi de forvrenger bildet av bakgrunnsobjektene, forklarte Hezaveh. Forskjellen er at vann forvrenger lys ved refraksjon, mens materie forvrenger lys etter tyngdekraft.
Da ALMA-anlegget økte sin oppløsning, studerte astronomer forskjellige astronomiske objekter for å teste dens evner. Et av disse objektene var SDP81, gravitasjonslinsen i bildet ovenfor. Da de undersøkte den fjernere galaksen som ble linset av SDP81, oppdaget de mindre forvrengninger i ringen til den fjerne galaksen. Hezaveh og teamet hans konkluderer med at disse forvrengningene signaliserer tilstedeværelsen av en Dwarf Dark Galaxy.
Men hvorfor betyr alt dette? Fordi det er et problem i universet, eller i det minste i vår forståelse av det; et problem med manglende masse.
Vår forståelse av dannelsen av universets struktur er ganske solid, i det minste i større skala. Forutsigelser basert på denne modellen stemmer overens med observasjoner av Cosmic Microwave Background (CMB) og galakseoppsamling. Men vår forståelse brytes noe ned når det gjelder den mindre skala strukturen i universet.
Et eksempel på vår manglende forståelse på dette området er det som kalles det manglende satellittproblemet. Teori spår at det bør være en stor bestand av det som kalles sub-halo-objekter i glorie av mørk materie som omgir galakser. Disse objektene kan variere fra så store ting som de magelliske skyene til mye mindre gjenstander. I observasjoner av den lokale gruppen er det et uttalt underskudd av disse objektene, til en verdi av en faktor 10, sammenlignet med teoretiske forutsigelser.
Fordi vi ikke fant dem, må en av to ting skje: enten blir vi flinkere til å finne dem, eller så endrer vi teorien vår. Men det virker litt for tidlig å endre teoriene våre om universets struktur fordi vi ikke har funnet noe som egentlig ikke er vanskelig å finne. Det er derfor denne kunngjøringen er så viktig.
Observasjonen og identifiseringen av en av disse Dwarf Dark Galaxies burde åpne døren for mer. Når det er funnet igjen, kan vi begynne å bygge en modell for deres befolkning og fordeling. Så hvis det i fremtiden blir funnet flere av disse dvergmørke galakser, vil det gradvis bekrefte vår overordnede forståelse av universets dannelse og struktur. Og det vil bety at vi er på rett vei når det gjelder å forstå Dark Matter sin rolle i universet. Hvis vi ikke finner dem, og den som er bundet til glorie fra SDP81 viser seg å være en anomali, så er det teoretisk tilbake til tegnebrettet.
Det tok mye hestekrefter å oppdage Dwarf Dark Galaxy bundet til SDP81. Einstein-ringer som SDP81 må ha enorm masse for å utøve en gravitasjonslinsevirkning, mens Dwarf Dark Galaxies er bittesmå i sammenligning. Det er en klassisk ‘nål i en høysnakke’ -problem, og Hezaveh og teamet hans trengte massiv datakraft for å analysere dataene fra ALMA.
ALMA, og metodikken som er utviklet av Hezaveh og team, vil forhåpentligvis kaste mer lys over Dwarf Dark Galaxies i fremtiden. Teamet mener at ALMA har et stort potensiale for å oppdage flere av disse glorieobjektene, som igjen skal forbedre vår forståelse av universets struktur. Som de sier i konklusjonen av sin artikkel, "… ALMA-observasjoner har potensial til å øke vår forståelse av overflod av mørk materieunderstruktur betydelig."
