En galax som knappt syns men väger som en jätte
Astrofysiker har snubblat över en galax så svag att den nästan försvinner på fotografier — och ändå verkar den vara enormt massiv. Det märkliga är att massan inte kommer från stjärnor, eftersom det finns förvånansvärt få av dem. Forskarna misstänker att nästan hela det "tunga" inre hos detta objekt utgörs av mörk materia, som varken lyser eller låter sig mätas direkt.
En galax som nästan inte syns men ändå drar som en kolossal kropp
En ny analys av data från Hubbleteleskopet och markbaserade observatorier pekar på en särskilt gåtfull galax av ultra-diffus typ. Objektet är ungefär lika stort som Vintergatan men har bara en bråkdel av dess ljusstyrka. Vid första anblicken ser det ut som en suddig fläck, som om någon slarvigt dragit ut en vanlig galax över himlen.
Stjärnornas och övriga komponenters rörelsemönster avslöjar dock att det gömmer sig ett kraftigt gravitationsfält inuti. Något håller samman den, trots att den knappt lyser. Det är just signalen om att lejonparten av massan döljer sig i form av mörk materia, osynlig för våra teleskop.
Mörk materia sänder inte ut ljus, reflekterar det inte och absorberar det inte på vanligt sätt — det enda som röjer dess närvaro är gravitationen den utövar på stjärnor, gas och andra galaxer.
Vad är egentligen mörk materia?
Astronomer har i decennier sett att något inte stämmer i beräkningarna. Galaxer roterar för snabbt för att hålla ihop enbart tack vare de synliga stjärnornas och gasens tyngd. Galaxhopar attraherar varandra med en kraft som vida överstiger vad man kan räkna fram från bilder.
Mätningar visar att ungefär 80 procent av all materia i universum på stora skalor varken lyser eller består av protoner och neutroner. Den utgörs av en helt annan typ av partiklar. Astrofysiker antar att dessa bildar något slags kallt gas med låga hastigheter, som under gravitationens inflytande klumpar ihop sig till väldiga anhopningar — det skelett på vilket galaxer och galaxhopar sedermera växer fram.
- Vanlig materia: stjärnor, planeter, interstellärt gas
- Mörk materia: osynliga partiklar som enbart ger upphov till gravitationseffekter
- Andelen mörk materia: ungefär fyra gånger mer massa än allt som lyser
Ultra-diffusa galaxer — stora men nästan tomma
Under de senaste åren har astronomer beskrivit en klass objekt som kallas ultra-diffusa galaxer, förkortat UDG. De är utsträckta och stora, jämförbara i storlek med typiska spiralgalaxer, men innehåller förvånansvärt få stjärnor. Resultatet är att de lyser mycket svagt, som om de nästan redan "brunnit ut".
Vissa av dem verkar vara genomsyrade av mörk materia. Andra påminner, till forskarnas förvåning, om normala galaxer som bara blåsts upp och suddats ut på konstgjord väg. Dessa skillnader gör att UDG har blivit ett hett diskussionsämne, eftersom de både kan stärka och utmana det klassiska scenariot med mörk materia.
Ju bättre forskare lär känna UDG, desto mer precist kan de testa om den moderna kosmologiska modellen med dominerande mörk materia verkligen håller i detalj.
Hur uppstår en galax där nästan ingenting lyser?
Astrofysiker överväger flera scenarier när de funderar kring sådana objekts historia. Ett av dem innebär att en UDG börjar som en liten, ganska typisk dvärgalax. Den kommer dock för nära en stor ansamling av andra galaxer som är nedsänkt i het, tät gas.
Den miljön utövar ett kraftigt tryck på den mindre galaxen. Gasströmmar och gravitationsinteraktioner sliter loss det material som behövs för att föda nya stjärnor. Dessutom träder så kallade tidvattenkrafter in — gigantiska gravitationsskillnader mellan objektets ena och andra sida som kan suga ut en del av dess innehåll.
Resultatet är att den gamla dvärgalaxen förlorar merparten av sin gas och en del av sina stjärnor, och det som återstår är i huvudsak ett "osynligt skelett" av mörk materia samt en liten population gamla stjärnor. Ljusstyrkan sjunker, storleken ökar, och takten för nybildning av stjärnor blir försvinnande liten.
Den nästan osynliga galaxen avslöjad av klotformiga stjärnhopar
Den galax som beskrivs i de nya analyserna tillhör just denna grupp av objekt. Den fångar inte uppmärksamhet med sin glans. Dataanalytikerna från Hubble fick anstränga sig ordentligt för att ens trovärdigt skilja ut dess svaga ljus från bakgrunden full av andra galaxer.
Det som hjälpte dem var ett karakteristiskt drag: förekomsten av täta ansamlingar av gamla stjärnor, så kallade klotformiga stjärnhopar. Sådana hopar kretsar vanligtvis i galaxers vidsträckta halon och är betydligt lättare att urskilja än hela galaxens suddiga sken.
| Komponent | Vad den bidrar med i analysen |
|---|---|
| Stjärnor i galaxens skiva | Visar objektets allmänna form och ljusstyrka |
| Klotformiga stjärnhopar | Hjälper till att uppskatta massan och storleken på halo av mörk materia |
| Interstellärt gas | Ger information om möjligheterna till fortsatt stjärnbildning |
Genom att räkna antalet klotformiga stjärnhopar och analysera deras fördelning kan forskarna förvånansvärt väl uppskatta galaxens totala massa. I det här fallet visade det sig att antalet synliga stjärnor är alldeles för litet för att motivera ett så kraftigt gravitationsfält. Det är ett starkt argument för att mörk materia dominerar där.
Varför den här galaxen är så viktig för kosmologin
Datorsimulationer av stora kosmiska regioner tyder på att det runt stora galaxer borde kretsa hela svärmar av små objekt nedsänkta i mörk materia. I observationer är det inte så lätt att hitta dem alla, vilket i åratal har väckt frågan om den klassiska kosmologiska modellen verkligen fungerar utan justeringar.
Ultra-diffusa galaxer kan delvis förklara detta underskott. De kan vara "försvunna" satellitgalaxer som förändrat utseende och bleknat till följd av turbulenta interaktioner med omgivningen. Den här specifika galaxen, nästan helt dominerad av mörk materia, tillför ytterligare en pusselbit.
Om det finns fler liknande objekt blir vår bild av hur mörk materia organiserar större kosmiska strukturer mer förenlig med superdatorernas simulationer.
Hur studerar man i praktiken något som inte syns?
Att studera mörk materia liknar en utredning där man aldrig får se förövaren — bara konsekvenserna av dennes handlingar. Forskare använder flera verktyg samtidigt: precisa fotografier, mätningar av stjärnors hastigheter, detektion av klotformiga stjärnhopar samt analys av avlägsna galaxers former förvrängda av gravitationslinsning.
Varje sådant element ger ledtrådar om var mörk materia ansamlas och hur den är fördelad. För ultra-diffusa galaxer krävs instrument med mycket hög känslighet, eftersom det handlar om bråkdelar av den ljusstyrka man vanligtvis ser i ett amatörteleskop på natthimlen.
För den som inte arbetar professionellt med kosmologi kan mörk materia låta abstrakt, men den har en mycket konkret inverkan på hur himlen ser ut. Utan den skulle stjärnorna i många galaxer inte kunna hålla sig i sådana kompakta strukturer, och de gigantiska galaxhoparna skulle inte ha hunnit bildas i samma takt efter Big Bang. Man kan säga att det är just mörk materia som ställde upp scenen på vilken stjärnor, planeter och vi själva senare uppträdde.
Det är också värt att komma ihåg att mörk materia inte är den enda kandidaten för den "saknade massan". Det finns alternativa idéer som modifierar själva gravitationsteorin. Sådana ansatser försöker förklara galaxernas beteende utan att lägga till nya partiklar. Varje ny galax dominerad av osynlig massa blir därför ett viktigt test: finns denna mystiska beståndsdel verkligen i form av partiklar, eller behöver våra gravitationsekvationer en djupgående korrigering?
