Ένας σχεδόν αόρατος γαλαξίας αμφισβητεί το παράδειγμα της σκοτεινής ύλης

Μια ομάδα αστροφυσικών με επικεφαλής τη Mireia Montes, ερευνήτρια στο Ινστιτούτο Αστροφυσικής των Καναρίων Νήσων (IAC), ανακάλυψε τον μεγαλύτερο και πιο διαδεδομένο γαλαξία που έχει καταγραφεί μέχρι σήμερα. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Αστρονομία και αστροφυσικήΧρησιμοποιήθηκαν δεδομένα που ελήφθησαν από το Gran Telescopio Canarias (GTC) και το ραδιοτηλεσκόπιο Green Bank (GBT).

Ο Nube είναι ένας σχεδόν αόρατος νάνος γαλαξίας που ανακαλύφθηκε από μια διεθνή ερευνητική ομάδα με επικεφαλής το Ινστιτούτο Αστροφυσικής των Καναρίων Νήσων (IAC) σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο της La Laguna (ULL) και άλλα ιδρύματα.

Το όνομα προτάθηκε από την 5χρονη κόρη ενός από τους ερευνητές της ομάδας και οφείλεται στην εξαπλωμένη εμφάνιση του σώματος. Η επιφανειακή του φωτεινότητα είναι τόσο αδύναμη που έχει περάσει απαρατήρητη σε διάφορες προηγούμενες έρευνες σε αυτό το μέρος του ουρανού, σαν να ήταν κάποιο φάντασμα. Αυτό συμβαίνει επειδή τα αστέρια του είναι τόσο μεγάλα που το “Nube” (στα ισπανικά σημαίνει “σύννεφο”) ήταν σχεδόν μη ανιχνεύσιμο.

Αυτός ο γαλαξίας που ανακαλύφθηκε πρόσφατα έχει ένα σύνολο συγκεκριμένων ιδιοτήτων που τον διακρίνουν από προηγούμενα γνωστά αντικείμενα. Η ερευνητική ομάδα εκτιμά ότι ο Nobi είναι ένας νάνος γαλαξίας δέκα φορές πιο αδύναμος από άλλους του τύπου του, αλλά και δέκα φορές πιο μαζικός από άλλα αντικείμενα που περιέχουν παρόμοιο αριθμό άστρων. Για να δείξουμε τι σημαίνει αυτό σε όποιον γνωρίζει λίγη αστρονομία, αυτός ο γαλαξίας είναι περίπου το ένα τρίτο του μεγέθους του γαλαξία ΓαλαξίαςΑλλά η μάζα του είναι παρόμοια με αυτή του Μικρού Νέφους του Μαγγελάνου.

Μια εικόνα του γαλαξία Nubia μέσω διαφορετικών τηλεσκοπίων. Πίστωση: SDSS/GTC/IAC

«Με τις τρέχουσες γνώσεις μας, δεν καταλαβαίνουμε πώς θα μπορούσε να υπάρχει ένας γαλαξίας με τόσο ακραίες ιδιότητες», εξηγεί η Mireya Montes, πρώτη συγγραφέας του άρθρου, ερευνήτρια στο IAC και στο ULL.

Για αρκετά χρόνια, ο Ignacio Trujillo, ο δεύτερος συγγραφέας του άρθρου, εκτελεί αναλύσεις, βασισμένες σε εικόνες SDSS (Sloan Digital Sky Survey), μια συγκεκριμένη λωρίδα του ουρανού, στο πλαίσιο του έργου Legado del IAC Stripe 82. Σε μια από τις ανασκοπήσεις δεδομένων, παρατήρησαν ένα αχνό έμπλαστρο που φαινόταν αρκετά ενδιαφέρον για να δημιουργήσει ένα ερευνητικό έργο.

Το επόμενο βήμα ήταν η χρήση πολύχρωμων, πολύ βαθιών εικόνων από το Gran Telescopio Canarias (GTC), για να επιβεβαιωθεί ότι αυτή η ενημέρωση κώδικα στη σάρωση δεν ήταν κάποιου είδους σφάλμα, αλλά ένα πολύ διαδεδομένο αντικείμενο. Λόγω της αδυναμίας του, είναι δύσκολο να προσδιοριστεί η ακριβής απόσταση του Nobby. Χρησιμοποιώντας μια παρατήρηση που ελήφθη με το τηλεσκόπιο Green Bank (GBT), στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι ερευνητές υπολόγισαν την απόσταση του Nobi σε 300 εκατομμύρια έτη φωτός, παρά τις επερχόμενες παρατηρήσεις χρησιμοποιώντας το ραδιοτηλεσκόπιο Very Large Array (VLA) και το οπτικό τηλεσκόπιο William Herschel. (WHT) στο Παρατηρητήριο Roque de los Muchachos, La Palma, θα πρέπει να τους βοηθήσει να δείξουν εάν αυτή η απόσταση είναι σωστή. «Αν ο γαλαξίας αποδειχθεί ότι είναι πιο κοντά, θα εξακολουθεί να είναι ένα πολύ παράξενο αντικείμενο και θα θέσει μεγάλες προκλήσεις για την αστροφυσική», σχολιάζει ο Ignacio Trujillo.

Υπάρχει άλλη πρόκληση για το τρέχον μοντέλο της σκοτεινής ύλης;

Ο γενικός κανόνας είναι ότι οι γαλαξίες έχουν πολύ μεγαλύτερη πυκνότητα αστέρων στις εσωτερικές τους περιοχές και ότι αυτή η πυκνότητα μειώνεται γρήγορα με την αύξηση της απόστασης από το κέντρο. Ωστόσο, ο Montes λέει ότι στο Nobi, «η πυκνότητα των αστεριών ποικίλλει πολύ λίγο σε όλο το αντικείμενο, γι' αυτό είναι τόσο αχνό, και δεν μπορούσαμε να το παρατηρήσουμε καλά μέχρι να λάβουμε τις πολύ βαθιές εικόνες από το GTC». “

Nubia Galaxy. Το σχήμα είναι ένας συνδυασμός μιας έγχρωμης εικόνας και μιας ασπρόμαυρης εικόνας, για την επιλογή φόντου. Πίστωση: GTC/Mireya Montes

Οι νέοι μπέρδεψαν τους αστρονόμους. Με την πρώτη ματιάΗ ομάδα εξηγεί ότι δεν υπάρχει καμία αλληλεπίδραση ή άλλη ένδειξη των περίεργων ιδιοτήτων του. Οι κοσμολογικές προσομοιώσεις δεν είναι σε θέση να αναπαράγουν τις «ακραίες» ιδιότητές του, ακόμη και με βάση διαφορετικά σενάρια. «Έχουμε μείνει χωρίς βιώσιμη εξήγηση στο επί του παρόντος αποδεκτό κοσμολογικό μοντέλο, που είναι το μοντέλο ψυχρής σκοτεινής ύλης», εξηγεί ο Montes.

Το μοντέλο ψυχρής σκοτεινής ύλης μπορεί να αναπαράγει δομές μεγάλης κλίμακας στο σύμπαν, αλλά υπάρχουν σενάρια μικρής κλίμακας, όπως του Nobby, για τα οποία δεν μπορεί να δώσει καλή απάντηση. Έχουμε δείξει πώς διάφορα θεωρητικά μοντέλα δεν μπορούν να το αναπαράγουν, καθιστώντας το μια από τις πιο ακραίες περιπτώσεις που είναι γνωστές μέχρι σήμερα. «Είναι πιθανό με αυτόν τον γαλαξία, και παρόμοιους γαλαξίες που μπορεί να βρούμε, να βρούμε πρόσθετα στοιχεία που θα ανοίξουν ένα νέο παράθυρο στην κατανόηση του σύμπαντος», σχολιάζει ο Montes.

«Μια ελκυστική πιθανότητα είναι ότι οι ασυνήθιστες ιδιότητες του Nube μας δείχνουν ότι τα σωματίδια που αποτελούν τη σκοτεινή ύλη έχουν πολύ μικρή μάζα», λέει ο Ignacio Trujillo. Αν ναι, οι ασυνήθιστες ιδιότητες αυτού του γαλαξία θα χρησίμευαν ως απόδειξη των ιδιοτήτων της κβαντικής φυσικής, αλλά σε γαλαξιακή κλίμακα. Και καταλήγει: «Εάν αυτή η υπόθεση επιβεβαιωθεί, θα είναι μια από τις πιο όμορφες εκδηλώσεις της φύσης, που θα ενώνει τον κόσμο του μικρότερου με τον κόσμο του μεγαλύτερου».

Αναφορά: «Ένας σκοτεινός γαλαξίας περίπου η μάζα του Μικρού Νέφους του Μαγγελάνου» των Mireya Montes, Ignacio Trujillo, Ananthan Karunakaran, Raul Infante-Saenz, Christine Spekens, Giulia Giulini, Michael Beasley, Maria Ciprian, Nocchia Ciampa, Mauro D'O Lee Kelvin and Javier Roman, 9 Ιανουαρίου 2024, Αστρονομία και αστροφυσική.
doi: 10.1051/0004-6361/202347667