Een bijna onzichtbaar sterrenstelsel daagt het paradigma van de donkere materie uit

Een groep astrofysici onder leiding van Mireia Montes, een onderzoeker aan het Instituut voor Astrofysica van de Canarische Eilanden (IAC), heeft het grootste en meest wijdverspreide sterrenstelsel ontdekt dat tot nu toe is geregistreerd. Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Astronomie en astrofysicaEr werd gebruik gemaakt van gegevens verkregen door de Gran Telescopio Canarias (GTC) en de Green Bank Radio Telescope (GBT).

Nube is een bijna onzichtbaar dwergstelsel ontdekt door een internationaal onderzoeksteam onder leiding van het Instituut voor Astrofysica van de Canarische Eilanden (IAC) in samenwerking met de Universiteit van La Laguna (ULL) en andere instellingen.

De naam werd voorgesteld door de 5-jarige dochter van een van de onderzoekers van de groep en is te danken aan het zich verspreidende uiterlijk van het lichaam. De helderheid van het oppervlak is zo zwak dat het bij verschillende eerdere onderzoeken van dit deel van de hemel onopgemerkt is gebleven, alsof het een geest was. Dit komt omdat de sterren zo verspreid zijn dat de “Nube” (Spaans voor “wolk”) bijna niet waarneembaar was.

Dit nieuw ontdekte sterrenstelsel heeft een aantal specifieke eigenschappen die het onderscheiden van eerder bekende objecten. Het onderzoeksteam schat dat Nobi een dwergstelsel is dat tien keer zwakker is dan andere sterrenstelsels in zijn soort, maar ook tien keer massiever dan andere objecten met een vergelijkbaar aantal sterren. Om te laten zien wat dit betekent voor iedereen die een beetje astronomie kent: dit sterrenstelsel is ongeveer een derde van de grootte van het sterrenstelsel MelkwegMaar de massa is vergelijkbaar met die van de Kleine Magelhaense Wolk.

Een foto van het Nubiastelsel door verschillende telescopen. Krediet: SDSS/GTC/IAC

“Met onze huidige kennis begrijpen we niet hoe een sterrenstelsel met zulke extreme eigenschappen zou kunnen bestaan”, legt Mireya Montes, eerste auteur van het artikel, onderzoeker bij IAC en ULL uit.

Ignacio Trujillo, de tweede auteur van het artikel, voert al enkele jaren analyses uit op basis van SDSS-afbeeldingen (Sloan digitale hemelenquête), een specifieke streep in de lucht, in het kader van het Legado del IAC Stripe 82-project. In een van de gegevensbeoordelingen merkten ze een zwakke vlek op die er interessant genoeg uitzag om een ​​onderzoeksproject op te zetten.

De volgende stap was het gebruik van veelkleurige, zeer diepe beelden van de Gran Telescopio Canarias (GTC), om te bevestigen dat dit stukje in de scan geen fout was, maar een wijdverbreid object. Vanwege zijn zwakte is het moeilijk om de exacte afstand van Nobby te bepalen. Met behulp van een waarneming verkregen met de Green Bank Telescope (GBT) in de Verenigde Staten schatten onderzoekers de afstand van Nobi op 300 miljoen lichtjaar, ondanks aanstaande waarnemingen met de Very Large Array (VLA) radiotelescoop en de William Herschel Optical Telescope. (WHT) van het Roque de los Muchachos Observatorium, La Palma, zou hen moeten helpen aantonen of deze afstand correct is. “Als het sterrenstelsel dichterbij blijkt te zijn, zal het nog steeds een heel vreemd object zijn en grote uitdagingen opleveren voor de astrofysica”, zegt Ignacio Trujillo.

Is er nog een uitdaging voor het huidige donkere materiemodel?

De algemene regel is dat sterrenstelsels in hun binnenste gebieden een veel grotere dichtheid aan sterren hebben, en dat deze dichtheid snel afneemt naarmate de afstand tot het centrum toeneemt. Montes zegt echter dat in Nobi “de dichtheid van de sterren heel weinig varieert in het hele object, en daarom is het zo zwak, en we konden het niet goed waarnemen totdat we de zeer diepe beelden van GTC kregen.” “

Nubische Melkweg. De figuur is een combinatie van een kleurenafbeelding en een zwart-witafbeelding, voor de achtergrondselectie. Krediet: GTC/Mireya Montes

Newbie verbijsterde astronomen. Op het eerste gezichtHet team legt uit dat er geen interactie of andere indicatie is voor de vreemde eigenschappen ervan. Kosmologische simulaties zijn niet in staat de ‘extreme’ eigenschappen ervan te reproduceren, zelfs niet op basis van verschillende scenario’s. “We hebben geen haalbare verklaring binnen het momenteel geaccepteerde kosmologische model, namelijk het model van koude donkere materie”, legt Montes uit.

Het koude donkere materiemodel kan grootschalige structuren in het heelal reproduceren, maar er zijn kleinschalige scenario's, zoals dat van Nobby, waarvoor het geen goed antwoord kan geven. We hebben laten zien hoe verschillende theoretische modellen dit niet kunnen reproduceren, waardoor het een van de meest extreme gevallen is die tot nu toe bekend zijn. “Het is mogelijk dat we met dit sterrenstelsel, en soortgelijke sterrenstelsels die we misschien tegenkomen, aanvullend bewijs kunnen vinden dat een nieuw venster zal openen op het begrijpen van het universum”, zegt Montes.

‘Een aantrekkelijke mogelijkheid is dat de ongebruikelijke eigenschappen van Nube ons laten zien dat de deeltjes waaruit donkere materie bestaat een zeer kleine massa hebben’, zegt Ignacio Trujillo. Als dat zo is, zouden de ongebruikelijke eigenschappen van dit sterrenstelsel dienen als bewijs van de eigenschappen van de kwantumfysica, maar dan op galactische schaal. Hij concludeert: “Als deze hypothese wordt bevestigd, zal het een van de mooiste manifestaties van de natuur zijn, waarbij de wereld van het kleinere wordt verenigd met de wereld van het grotere.”

Referentie: “Een donker sterrenstelsel met ongeveer de massa van de Kleine Magelhaense Wolk” door Mireya Montes, Ignacio Trujillo, Ananthan Karunakaran, Raul Infante-Saenz, Christine Speeks, Giulia Giulini, Michael Beasley, Maria Ciprian, Nocchia Ciampa, Mauro D'Onofrio, Lee Kelvin en Javier Roman, 9 januari 2024, Astronomie en astrofysica.
doi: 10.1051/0004-6361/202347667