En ny studie från NASA: s Spitzer Space Telescope antyder att galaxer bildas inom klumpar av mörk materia. Denna nya Spitzer-undersökning fann att mängden mörk materia som omger avlägsna galaxer är förvånansvärt konsekvent.
Börja med massor och mycket mörk materia, rör sedan in gas. Låt blandningen sitta ett tag, och en galax bör resa upp ur smeten.
Detta enkla recept för att baka galaxer kan inte utföras hemma, men det återspeglar vad astronomer lär sig om galaxbildning. Som att baka bröd med jäst krävs ett mystiskt ämne i universum som kallas mörk materia för att en galax ska växa.
Nu förfinar en ny studie från NASA: s Spitzer Space Telescope det som är känt om denna viktiga ingrediens i galaxer. Det antyder att inte bara mörk materia är nödvändig, utan en minsta mängd av materialet måste finnas när en galax kan bildas. Vem som helst mindre skulle inte betyda någon galax - den kosmiska motsvarigheten till ett misslyckat bröd.
"Galaxer är födda i enorma klumpar av mörk materia," sade Dr. Duncan Farrah från Cornell University, Ithaca, N.Y. "Vi finner att dessa klumpar verkar vara anmärkningsvärt konsekventa i storlek från galax till galax." Farrah är huvudförfattare till ett papper som beskriver detta och andra fynd i en nylig utgåva av Astrophysical Journal Letters.
Som namnen antyder avger mörkt material inget ljus, så inget konventionellt teleskop kan se det. Så kallad normal materia, som inkluderar växter och människor och alla slags rymdföremål, avger elektromagnetisk strålning eller ljus. Det finns ungefär fem gånger mer mörk materia i universum än normal materia.
Ändå har mörk materia massa, vilket innebär att den kan utöva gravitationskanaler på normal materia.
"Mörk materia har allvar, så den drar in mer och mer mörk materia utöver" normal "gas," sa medförfattaren Dr. Jason Surace från NASA: s Spitzer Science Center vid California Institute of Technology i Pasadena. "Vi vet att gasen så småningom kondenseras till stjärnorna som utgör galaxer, men Spitzer-studien antyder att detta inte händer förrän den mörka materien har nått en kritisk massa."
Farrah och hans kollegor använde data från Spitzer Wide-området Infraröd extragalaktisk undersökning för att studera hundratals avlägsna föremål, kallade ultraluminösa infraröda galaxer, belägna miljarder ljusår bort. Dessa unga galaxer är oerhört ljusa och fyllda med massor av dammig stjärnbildande aktivitet.
Till att börja med försökte forskarna att bättre förstå hur de unga galaxerna och den mörka materien utvecklas och samlas ihop till de jätte kluster av mogna galaxer som dominerar vårt nutida universum. "Du kanske tror att galaxer bara distribueras slumpmässigt över himlen, som att kasta en handfull sand på golvet," sade Farrah. "Men de är inte det, och orsaken kan vara att den mörka materien klumpar sig runt unga galaxer lockar varandra som lim."
Genom att bestämma hur tätt de ultraluminösa infraröda galaxerna hade börjat samlas ihop, kunde Farrah och hans kollegor indirekt mäta hur mycket mörk materia "lim" som fanns närvarande. Ju strammare gruppering, desto mörkare materia fanns det. De gjorde denna beräkning för två satser med galaxer på olika avstånd från Jorden.
Det var när de märkte något konstigt. För varje galax de studerade, oavsett hur långt borta, verkade det finnas omgivande mörka materialklumpar av ungefär samma storlek, motsvarande 10 biljoner solmassor. Eftersom astronomerna inte hittade några galaxer i kombination med mindre än 10 biljoner solmassor av mörk materia, tror de att denna mängd måste vara det minsta som krävs för att en ultraluminös infraröd galax kan bildas.
"Dessa klumpar av mörk materia kan vara som frön som föder dessa avlägsna galaxer," sade Surace. "Liknande galaxer i vårt närliggande universum bildas på ett helt annat sätt, så det vi lär oss gäller en annan epok i vårt universum, långt tillbaka i kosmisk tid."
Huruvida andra typer av galaxer också kan uppstå på liknande sätt är en pågående fråga inom astronomin. Tidigare studier av mycket energiska galaxer som kallas kvasarer har antytt att dessa objekt också kräver en minimal massa mörk substans för att växa. Endast i det fallet var galaxernas start "deg" inte lika tät, cirka fyra till fem biljoner solmassor.
Det verkar som astronomer kommer att behöva vänta lite längre innan universum ger upp sina bäst bevarade familjerecepter.
Originalkälla: NASA News Release
