Målinger af hastighederne på kun seks stjerner i en galakse på kun 1.000 synlige stjerner antyder den højeste koncentration af mørkt stof af enhver kendt galakse. Hellig gral? Eller er der en anden forklaring?
En simulering af strukturen i mørket stof i universet. Dette billede dækker et område på 20 megaparsek, eller cirka 1,3 milliarder lysår. Billede via CfA.
Sidste uge (18. november 2015) annoncerede Caltech en ny og overraskende måling for massen af den lille, nærliggende galakse Triangulum II. Astronomer målte hastighederne for seks stjerner, der bevæger sig i ekstremt høje hastigheder rundt om denne galakas centrum. Denne måling lade dem udlede tyngdekraften, der udøves på stjernerne af galaksen som helhed ... og på denne måde bestemte astronomerne galaksenes masse. Det viser sig, at galaksen har meget, meget mere masse, end dens synlige stjerner kan forklare. Disse astronomer siger, at de nu tror, de ser en galakse, der indeholder en enorm mængde tætpakket mørkt stof. De siger, at forholdet mellem mørkt stof og synligt stof i Triangulum II er det højeste af nogen kendt galakse.
Med andre ord er Triangulum II muligvis en efterspurgt mørk materie galakse - mest mørkt stof med få synlige stjerner. Hvis ja, er det en hellig gral af slags til astronomer, der har spekuleret om galakser, der for det meste er mørk stof, og som har forsøgt at finde en. Fordi denne er så nærliggende, kan det være et svar på håb fra astronomer, der ønsker at opdage mørkt stof direkte.
Ingen har endnu set eller opdaget mørkt stof direkte. Vi har kun udledt dens eksistens ved at trække dens alvor, som det blev gjort i denne undersøgelse af Triangulum II.
Caltech-astronomerne siger nu, at Triangulum II kunne blive en førende kandidat til bestræbelser på at opdage underskrifterne af mørk stof. Triangulum II ligger nær en kant af vores hjemmegalakse, Mælkevejen, og har kun omkring 1.000 stjerner, som vi kan se. Det er i modsætning til 300 milliard stjerner for vores Mælkevej. Astronom Evan Kirby ledede CalTech-forskningen sammen med Judith Cohen. Det blev offentliggjort i sin artikel i november 17, 2015-udgaven af Astrophysical Journal Letters.
Kirby sagde i en erklæring:
Efter at jeg havde foretaget mine målinger, tænkte jeg bare… wow.
Dette simulerede billede viser den forventede fordeling af stjerner (venstre) og mørk stof (højre) i en galakse som vores Mælkevej. Den røde cirkel viser størrelsen på en dværg galakse, ligesom Triangulum II. Billede via A. Wetzel og P. Hopkins, Caltech
Kirby sagde også, at - fordi det indeholder så få synlige stjerner - Triangulum II er en udfordring at observere.
Han sagde, at kun seks af dens stjerner var lysende nok til at se med de store Keck-teleskoper på Mauna Kea på Hawaii. Disse teleskoper er i øjeblikket blandt de største teleskoper, der er i brug.
Det giver mening at tro, at nogle galakser kan have en overflod af mørk stof, meget mere stof end synlige stjerner, fordi der ser ud til at være meget, meget mere mørk stof i vores univers end almindelig stof. Procentdelene varierer, fordi målingerne ikke er nøjagtige, men NASA-grafikken i bunden af dette indlæg giver dig en idé om forholdet mellem mørk materie, mørk energi og almindelig stof - det vil sige de ting, der udgør de synlige galakser, stjerner planeter og mennesker.
Lidt over 4% af vores univers menes at eksistere som almindelig stof, den slags, der udgør alt omkring os her på Jorden.
CalTech-erklæringen forklarede, hvordan Triangulum II kunne hjælpe astronomer med at opdage mørkt stof direkte:
Triangulum II kunne ... blive en førende kandidat for bestræbelser på direkte at registrere underskrifterne af mørkt stof. Visse partikler af mørkt stof, kaldet supersymmetriske WIMP'er (svagt interagerende massive partikler), vil udslette hinanden, når de kolliderer og producerer gammastråler, som derefter kan detekteres fra Jorden.
Mens aktuelle teorier forudsiger, at mørkt stof producerer gammastråler næsten overalt i universet, er det en udfordring at opdage disse særlige signaler blandt andre galaktiske lyde, som gammastråler udsendt fra pulsarer.
Triangulum II er derimod en meget stille galakse. Det mangler den gas og andet materiale, der er nødvendigt for at danne stjerner, så det danner ikke nye stjerner - astronomer kalder det "dødt." Eventuelle gammastrålesignaler, der kommer fra sammenstødende mørke stofpartikler, ville teoretisk set være synlige.
Imidlertid er ikke alle astronomer enige om, at Kirby har målt den samlede masse af Triangulum II ved at måle hastigheden af de seks stjerner nær dens centrum. Caltech-erklæringen indrømmede:
En anden gruppe, ledet af forskere fra University of Strasbourg i Frankrig, målte stjernernes hastigheder lige udenfor Triangulum II og fandt, at de faktisk bevæger sig hurtigere end stjernerne tættere på galaksen centrum - det modsatte af hvad der var forventet. Dette kunne antyde, at den lille galakse trækkes fra hinanden eller "tidligt afbrudt" af Mælkevejens tyngdekraft.
Kirby smeder dog fremad. Han sagde, at hans næste skridt er at bekræfte den anden gruppes konklusioner og tilføjede:
Hvis det viser sig, at disse ydre stjerner faktisk ikke bevæger sig hurtigere end de indre, kan galaksen være i det, der kaldes dynamisk ligevægt. Det ville gøre det til den mest fremragende kandidat til at opdage mørkt stof med gammastråler.
Samlet set menes mørk energi at bidrage et sted omkring 73 procent af al massen og energien i universet. Yderligere 23 procent er omtrent mørk stof, der kun efterlader 4 procent af universet sammensat af regelmæssig stof, såsom stjerner, planeter og mennesker. Cirkeldiagram via NASA
Nederste linje: Astronom Evan Kirby ved Caltech målte hastighederne på seks stjerner i den nærliggende dværggalakse Triangulum II. Denne måling lader dem udlede massen af galaksen, der kun har 1.000 synlige stjerner. Det overraskende resultat var, at Triangulum II kan have den højeste koncentration af mørkt stof af enhver kendt galakse. Det kan være en efterspurgt mørk materie galakse - mest mørkt stof med få synlige stjerner. Hellig gral? Eller er der en anden forklaring?