W zasadzie, warstwa ciemnej materii otaczająca galaktykę karłowatą jest absolutnie gigantyczna. Chociaż masa samej galaktyki wynosi około 3000 mas Słońca, masa towarzyszącej jej ciemnej materii to już 10 milionów mas Słońca. Wartość ta jest trzy do pięciu razy większa niż wyniki poprzednich oszacowań. Co to znaczy? Ano to, że najstarsze galaktyki we Wszechświecie także mogły być o wiele masywniejsze niż sądziliśmy.
„Tucana II zawiera znacznie więcej masy, niż uważaliśmy – masy, która wiąże z nią te gwiazdy, które są tak, tak daleko.”, powiedział astrofizyk Anirudh Chiti z MIT. „Oznacza to, że inne reliktowe pierwsze galaktyki prawdopodobnie także zawierają podobne rozszerzone otoczki.”
Pradawne galaktyki
Wokół Drogi Mlecznej krąży całe mnóstwo galaktyk karłowatych. Sporo z nich to naprawdę niewielkie, świecące niezbyt jasno zbitki gwiazd, które zawierają niewiele metali, co świadczy o tym, że są bardzo stare. Tucana II, zlokalizowana jakieś 163 tysiące lat świetlnych z dala od Ziemi, należy do najmniejszych okolicznych galaktyk, a jednocześnie najstarszych, bowiem jej gwiazdy prawie wcale nie posiadają metali. Chiti i jego zespół obserwowali je, mając nadzieję, że odnajdą wśród nich populację jeszcze starszych gwiazd.
Uczeni przeprowadzili swoje badania, korzystając z teleskopu SkyMapper Australijskiego Uniwersytetu Narodowego. Rezultaty obserwacji przeanalizowano z pomocą specjalnego algorytmu stworzonego w celu wykrywania gwiazd ubogich w metale. Dzięki temu algorytmowi odnaleziono aż dziewięć nowych gwiazd, zlokalizowanych daleko od serca galaktyki, ale jednocześnie krążących wokół niego.
Niespodziewana ciemna materia
Dane zebrane przez satelitę Gaia potwierdziły istnienie wspomnianych gwiazd. Niemniej, oszacowane wcześniej właściwości galaktyki pokazywały, że Tucana II posiada zbyt małą masę, by gwiazdy oddalone tak bardzo od jej jądra mogły być z nią grawitacyjnie związane. Zatem, naukowcy pomyśleli, że galaktyka posiada masę, której nie jesteśmy w stanie zobaczyć, albo bezpośrednio wykryć – masę w formie ciemnej materii.
Czym jest ciemna materia? Póki co nie wiadomo, choć astronomowie mają na jej temat kilka teorii. Chociaż jej nie widzimy, o jej istnieniu wiemy, ponieważ ta wpływa na tempo rotacji galaktyk, ich masę, a nawet kształt, i nie tylko. Co istotne, we Wszechświecie jest jej więcej niż „tradycyjnej” materii.
„Gdyby nie ciemna materia, galaktyki by się po prostu rozpłynęły.”, stwierdził Chiti. „To kluczowy składnik biorący udział w narodzinach galaktyk oraz czynnik, który je skleja.”
W oparciu o lokalizację oraz ruchy omawianych gwiazd, uczeni zdołali zaktualizować szacunki dotyczące ciemnej materii wchodzącej w skład Tucany II. Wówczas okazało się, że masa jej ciemnej materii wynosi aż 10 milionów mas Słońca. To pierwszy dowód na to, że podobne galaktyki mogą posiadać aż tyle ciemnej materii i być tak duże.
„To prawdopodobnie oznacza także, że najwcześniejsze galaktyki powstawały w dużo większych otoczkach z ciemnej materii, niż sądzono.”, powiedziała astrofizyk Anna Frebel z MIT. „Myśleliśmy, że pierwsze galaktyki były najmniejszymi i najmniej jasnymi galaktykami, ale w rzeczywistości mogły być one kilka razy większe, zatem jednak nie tak małe.”
Ślad z przeszłości
Skąd wzięła się cała ta ciemna materia wchodząca w skład Tucany II? Wskazówkę w tej kwestii zaoferowały gwiazdy galaktyki. Gdy astronomowie przeanalizowali dane zebrane przez Teleskopy Magellana w Chile, dowiedzieli się, że gwiazdy te charakteryzują się różną zawartością metali. Na dodatek zauważono, że są one wyraźnie podzielone na dwie różne populacje. Gwiazdy z zewnętrznych rubieży galaktyki posiadają trzy razy mniej metali niż gwiazdy zlokalizowane bliżej jej centrum. Być może jedna z tych populacji nie powstałą w Tucanie II a w innej galaktyce, która się z nią zderzyła.
„To może być pierwszy raz, gdy widzimy dowód na galaktyczny kanibalizm.”, powiedziała Frebel. „Jedna galaktyka mogła pożreć jednego ze swoich, mniejszych i bardziej prymitywnych sąsiadów, który wylał swe gwiazdy na jej obrzeża.”
W przyszłości astronomowie zamierzają zbadać więcej podobnych galaktyk. Kto wie, być może i one zawierają gigantyczne ilości ciemnej materii.
Źródło: MIT News, fot. tyt. ESO/Digitized Sky Survey 2