Astronomer som kombinerar data från ESA: s Gaia-rymdskepp har upptäckt vad de kallar en spöksgalax. Galaxen, med namnet Antlia 2 (Ant 2), är en extremt låg täta dvärg galax som bildades i universums tidiga dagar. Och den avlägsnas från sin massa av mjölkvägens tidvattenkrafter.
Denna spöksgalax har gömt sig i tydlig syn hela tiden. Den låga tätheten gjorde det svårt att upptäcka, och det gjorde också dess plats. Det är gömt bakom höljet på mjölkvägskivan, i ett område som är känt för astronomer som "zon för att undvika" (ZOA.) Men det är enormt: det är i samma storlek som det stora magellanska molnet och en tredjedel av mjölkvägen. .
Ett internationellt team av astronomer hittade Ant 2 när de gick igenom den andra dataleasen från rymdskeppet Gaia. De letade efter dvärggalaxier nära Vintergatan genom att söka efter RR Lyrae-stjärnor. RR Lyrae är variabla stjärnor som används som standardljus. De är gamla, metallfattiga stjärnor som vanligtvis finns i dvärggalaxier, så om du hittar RR Lyrae-stjärnor har du antagligen hittat en dvärggalax.
I vissa avseenden är Ant 2 som andra dvärggalaxier. Alla galaxer, inklusive dvärggalaxier som denna, bildas i samband med mörk materia. Som deras namn klargör, är dvärgarna mindre och har färre stjärnor än andra galaxer. En dvärggalax kan bara ha hundra miljoner stjärnor, kanske så många som några miljarder. De är dvärgiga av vår egen Vintergalax, som har mellan 200 och 400 miljarder stjärnor.
”Detta är ett galaxens spöke. Objekt lika diffusa som Ant 2 har helt enkelt inte setts förut. ” - Gabriel Torrealba, huvudförfattare.
Stjärnorna i en dvärggalax är också annorlunda än stjärnorna i andra galaxer. Dvärggalaxier var några av de första strukturerna som bildades i universum, så deras stjärnor är äldre och metallfattiga. De bildades i början av tiden, innan successiva generationer av stjärnor hade sådd universum med metaller.
Många dvärg galaxer utsätts för gravitationsvatten i de större galaxerna nära dem, och Ant 2 är inget undantag. De ses ofta dras mot större galaxer och luras isär av dessa interaktioner. Detta kan resultera i sammanslagningar av galaxen, och det är vad som kan hända med Ant 2.
Men spöksgalaxen Ant 2 skiljer sig från andra dvärgar. Det ger mycket lite ljus. Jämfört med en annan av Vintergatens satellitgalaxier, det stora magellanska molnet, är det 10 000 gånger svagare. Beroende på hur du tittar på den är den antingen för stor för sin ljusstyrka eller för svag för sin storlek.
"Det här är ett galaxens spöke," sade Gabriel Torrealba, pappers huvudförfattare. ”Objekt lika diffusa som Ant 2 har helt enkelt inte sett förut. Vår upptäckt var bara möjlig tack vare kvaliteten på Gaia-uppgifterna. ”
ESA: s Gaia-uppdrag har producerat den rikaste stjärnkatalogen hittills, inklusive mätningar av hög precision på nästan 1,7 miljarder stjärnor. Den har avslöjat tidigare osynliga detaljer om vår hemgalax och visat hur Vintergatan bildades genom att slås samman med en annan galax för 10 miljarder år sedan. Tidigare i år gjorde Gaias andra datautgivande nya detaljer om stjärnor på Vintergatan tillgängliga för forskare över hela världen, och det har varit en skattkista för astronomer, inklusive teamet bakom spöksgalaxen.
Teamet av astronomer bakom studien kommer från Taiwan, Storbritannien, USA, Australien och Tyskland. De sökte på Gaias andra datarelease för RR Lyrae-stjärnor i hopp om att hitta fler dvärggalaxier. Dessa gamla stjärnor har väl förståda pulser av ljusstyrka som varar en halv dag, så de är mycket användbara.
"RR Lyrae hade hittats i varje känd dvärgsatellit, så när vi hittade en grupp av dem som satt ovanför den galaktiska skivan, blev vi inte helt förvånade," sa medförfattaren Vasily Belokurov från Cambridges institut för astronomi. "Men när vi tittade närmare på deras plats på himlen visade det sig att vi hittade något nytt, eftersom inget tidigare identifierat objekt kom upp i någon av de databaser vi sökte igenom."
"Vi undrar om denna galax bara är toppen av ett isberg, och Vintergatan omges av en stor befolkning av nästan osynliga dvärgar som liknar den här." - medförfattare Matthew Walker, Carnegie Mellon University.
Teamet meddelade sina kollegor vid Anglo-Australian Telescope (AAT) i Australien. Under en snäv tidslinje mätte astronomer vid AAT spektra för mer än 100 röda jättestjärnor i spökgalaxen. Dessa spektra gav bekräftelsen som laget behövde.
Spektra visade att alla stjärnor rörde sig tillsammans. Myr 2 kommer aldrig för nära Vintergatan och stannar alltid minst 130 000 ljusår bort. Forskarna kunde också få galaxens massa, som var mycket lägre än väntat för ett objekt av dess storlek.
"Den enklaste förklaringen till varför Ant 2 verkar ha så liten massa idag är att den tas isär av de galaktiska tidvattnen på Vintergatan," sa medförfattaren Sergey Koposov från Carnegie Mellon University. ”Det som dock förblir oförklarligt är objektets jättestorlek. Normalt, när galaxer tappar massa till Vintervattens tidvatten, krymper de, växer inte.
Så Ant 2 är lite av ett mysterium för astronomer. Det är väldigt stort för något med så låg massa. Att ta bort massan kan inte göra spökgalaxen större. det är ologiskt. Det måste finnas en annan anledning till att det växer i storlek medan man förlorar massan, men hittills vet ingen. Våra nuvarande teorier om galaxbildning bildar inte föremål som Ant 2.
En spekulationsrad antyder att mycket kraftig stjärnbildning inuti Ant 2 kan få den att expandera medan Vintergatan stjäl sin massa. Stjärnvindar och supernovaexplosioner skulle kunna skjuta bort den oanvända gasen och försvaga tyngdkraften som binder galaxen och låta den mörka materien som den är förknippad med expandera. Men detta är inte bevisat.
"Även om stjärnbildningen kunde omforma den mörka materiens fördelning i Ant 2 när den sattes ihop, måste den ha agerat med enastående effektivitet," sa medförfattaren Jason Sanders, också från Cambridge.
En annan spekulationsrad involverar mörk materia själv, kanske en annan typ av mörk materia. Den nuvarande teorin förutspår att mörk materia packas tätt i centrum av galaxerna. Men den diffusa, utspridda naturen hos Ant 2 kan betyda att en typ av mörk materia som inte kluster så lätt är på jobbet. Som teamet säger i sitt papper, "Ursprunget till denna kärna kan vara förenligt med aggressiv återkoppling, eller kan till och med kräva alternativ till kallt mörkt ämne (som till exempel extremt ljusa bosoner)."
"Jämfört med resten av 60-talet på Vintergatan, är Ant 2 en udda boll," sa medförfattaren Matthew Walker, också från Carnegie Mellon University. "Vi undrar om denna galax bara är toppen av ett isberg, och Vintergatan omges av en stor befolkning av nästan osynliga dvärgar som liknar den här."
Att hitta en otrolig spökgalax som Ant 2 är förvirrande, men det var inte helt oväntat. När detekteringsmetoder har blivit mer känsliga har mer dimma satellitgalaxer hittats. Det var antagligen bara en fråga om tid tills man hittades här, i ZOA. Men huruvida det är den enda vi någonsin hittat, eller om vi har snubblat mot den första av många tack vare kraften i Gaia-rymdskeppet är fortfarande en öppen fråga. Hur som helst, det gör att astronomer tänker igen sina mest användbara teorier.
- Cambridge University Press Release: "Gaia upptäcker en" spöke "galax bredvid"
- Forskningsdokument: "Den dolda jätten: upptäckten av en enorm galaktisk dvärgsatellit i Gaia DR2"
- ESA Gaia-sida
- Wikipedia: RR Lyrae Stars
