Astronomowie wyjaśniają pochodzenie nieuchwytnych skrajnie rozproszonych galaktyk

Jak sama nazwa wskazuje, galaktyki skrajnie rozproszone (UDG)galaktykami karłowatymi, których gwiazdy są rozproszone w olbrzymim obszarze, co powoduje, że ich jasność powierzchniowa jest bardzo niska, przez co są bardzo trudne do wykrycia. Kilka pytań dotyczących UGD pozostaje bez odpowiedzi: jak doszło do tego, że galaktyki karłowate stały się tak rozległe? Czy ich halo ciemnej materii jest czymś wyjątkowym?

Obecnie, międzynarodowy zespół astronomów, któremu przewodzi Laura Sales, astronom z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside, donosi w Nature Astronomy, że wykorzystali zaawansowane symulacje do wykrycia kilku „wygaszonych” skrajnie rozproszonych galaktyk w środowiskach o niskiej gęstości we Wszechświecie. Wygaszona galaktyka to taka, która nie tworzy gwiazd.

To, co wykryliśmy, jest sprzeczne z teoriami powstawania galaktyk,  ponieważ wygaszone galaktyki karłowate muszą znajdować się w środowiskach gromad lub grup, aby gaz został usunięty i przestał tworzyć gwiazdy – powiedziała Sales. Jednak wykryte przez nas wygaszone UDG są odosobnione. Byliśmy w stanie zidentyfikować kilka z tych wygaszonych UDG w terenie i prześledzić ich ewolucję wstecz w czasie i dowieść, że pochodzą one z orbit ekstremalnie wydłużonych.

Termin „w terenie” odnosi się tutaj do galaktyk odizolowanych w spokojniejszych środowiskach, a nie w otoczeniu grup czy gromad. Sales wyjaśniła, że galaktyka odizolowana (ang. backsplash galaxies) to obiekt, który dzisiaj wygląda jak odizolowana galaktyka, ale faktycznie jest częścią gromady galaktyk, wokół której orbituje po ekstremalnie wydłużonej orbicie. Przypomina to kometę, która okresowo odwiedza nasze Słońce, ale większość swojej podróży spędza w izolacji, z dala od większości Układu Słonecznego.

Izolowane galaktyki i galaktyki satelitarne mają różne właściwości, ponieważ fizyka ich ewolucji jest zupełnie inna – powiedziała. Te izolowane galaktyki są intrygujące, ponieważ dzielą właściwości z populacją galaktyk satelitarnych w układzie, do którego kiedyś należały, ale dzisiaj obserwuje się, że są odizolowane od układu.

Galaktyki karłowate to małe galaktyki, które zawierają od 100 mln do kilku mld gwiazd. Dla porównania, Droga Mleczna ma około 200 do 400 mld gwiazd. Podczas gdy wszystkie galaktyki UDG są galaktykami karłowatymi, nie wszystkie galaktyki karłowate są UDG. Na przykład, przy podobnej jasności, galaktyki karłowate wykazują bardzo duży zakres rozmiarów, od zwartych do rozproszonych. UDG są końcową częścią najbardziej rozciągniętych obiektów przy danej jasności. UDG ma zawartość gwiazdową galaktyki karłowatej, 10-100 razy mniejszą od Drogi Mlecznej. Jednak jej rozmiar jest porównywalny do Drogi Mlecznej, co daje jej niezwykle niską jasność powierzchniową, która czyni ją wyjątkową.

Sales wyjaśniła, że halo ciemnej materii w galaktyce karłowatej ma masę co najmniej 10 razy większą niż Droga Mleczna, a rozmiar skaluje się podobnie. UDG mają jednak tę regułę i wykazują rozciągłość radialną porównywalną z tą, jaką wykazują znacznie większe galaktyki.

Jedną z popularnych teorii wyjaśniających ten stan rzeczy było to, że UDG są ‘nieudanymi Drogami Mlecznymi’, co oznacza, że były przeznaczone do bycia galaktykami takimi jak nasza Droga Mleczna, ale w jakiś sposób nie udało im się uformować gwiazd – powiedział José A. Benavides, student studiów magisterskich w Instytucie Astronomii Teoretycznej i Eksperymentalnej w Argentynie i pierwszy autor pracy naukowej. Teraz wiemy, że ten scenariusz nie może wyjaśnić wszystkich UDG. Powstają więc teoretyczne modele, w których więcej niż jeden mechanizm formowania się gwiazd może być w stanie stworzyć te skrajnie rozproszone obiekty.

Według Sales, wartość nowej pracy jest dwojaka. Po pierwsze, symulacja użyta przez badaczy, zwana TNG50, z powodzeniem przewidziała UDG o charakterystyce podobnej do obserwowanych UDG. Po drugie, badacze znaleźli kilka rzadkich wygaszonych UDG, dla których nie znają mechanizmu powstawania.

Używając TNG50 jako „wehikułu czasu’”, aby zobaczyć, jak skrajnie rozproszone galaktyki dostały się tam, gdzie są, stwierdzili, że te obiekty były wyrzucone na bardzo eliptyczną orbitę i wyglądają dzisiaj na odizolowane – powiedziała.

Naukowcy donoszą również, że zgodnie z ich symulacjami, wygaszone UDG mogą stanowić 25% populacji skrajnie rozproszonych galaktyk. W obserwacjach jednak, odsetek ten jest znacznie mniejszy.

Oznacza to, że wiele galaktyk karłowatych czających się w ciemności mogło pozostać niewykrytych dla naszych teleskopów – powiedziała Sales. Mamy nadzieję, że nasze wyniki zainspirują nowe strategie badania Wszechświata o niskiej jasności, co pozwoliłoby na pełny spis tej populacji galaktyk karłowatych.

Badania te są pierwszymi, które pozwoliły określić niezliczoną ilość środowisk – od pojedynczych galaktyk karłowatych w grupach i gromadach – niezbędnych do wykrycia UDG, i to z wystarczająco wysoką rozdzielczością, aby zbadać ich morfologię i strukturę.

Następnie, zespół badawczy będzie kontynuował badania UDG w symulacjach TNG50, aby lepiej zrozumieć, dlaczego te galaktyki są tak rozciągnięte w porównaniu z innymi galaktykami karłowatymi o tej samej zawartości gwiazd. Naukowcy wykorzystają Teleskop Kecka na Hawajach, jeden z najpotężniejszych teleskopów na świecie, aby zmierzyć zawartość ciemnej materii w UDG w Gromadzie w Pannie, najbliższej Ziemi gromadzie galaktyk.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
UCR

Vega

Na ilustracji: Po lewej, jedna ze skrajnie rozproszonych galaktyk, które były analizowane w symulacji. Po prawej obraz galaktyki DF2, która jest prawie przezroczysta. Źródło: ESA/Hubble

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *