Žvaigždžių srautas aplink UGC 9050‑Dw1 atskleidžia tamsą

Įsivaizduokite sidabrinę juostelę, besivyniojančią aplink blankią, už 115 milijonų šviesmečių esančią galaktiką, ploną, išlenktą ir vos matomą, tačiau saugančią nematomos masės pėdsakus. Tai nėra fantazijos nuotrauka; tai naujai identifikuotas žvaigždžių srautas aplink UGC 9050‑Dw1, ir jis elgiasi kaip kosminis seismometras tamsajai materijai.

Šį radinį, paskelbtą žurnale Nature tarptautinės komandos, vadovaujamos Julie Kiel Holm ir Sarah Pearson, bendraautoriai yra Šiaurės vakarų universiteto astrofizikė Tjitske Starkenburg bei keli kiti mokslininkai. Archyviniuose Hablo vaizduose jų dėmesį patraukė siaura, kablelio formos žymė, atitinkanti kamuolinio spiečiaus žvaigždžių srauto išvaizdą, tai pirmasis toks aiškus pavyzdys, rastas už Paukščių Tako ribų.

Kamuoliniai spiečiai yra tankūs žvaigždžių mazgai, sujungti gravitacija. Laikui bėgant, jų šeimininkės galaktikos potvyninė trauka gali atplėšti žvaigždes. Ištrūkęs materijos kiekis nesisklaido atsitiktinai. Jis ištįsta į grakščius priekinį ir galinį srautus, atsekant originalią orbitą. Ilgai po spiečiaus išblukimo jo srautas gali išlikti. Galvokite apie tai kaip apie laivo lietaus pėdsaką: vanduo prisimena kelią, net jei laivo nebesimatote.

Šis prisimintas kelias yra raktas. Žvaigždžių srauto kreivė užkoduotai perteikia gravitacinį erdvės peizažą, per kurį jis keliavo. Modeliuodami tas trajektorijas, astronomai gali įvertinti galaktikos bendrą masę ir, svarbiausia, nustatyti, kiek tos masės turi būti tamsioji materija. „Visos žvaigždės žvaigždžių sraute keliauja beveik ta pačia orbita, ir ta orbita formuojama galaktikos traukos,“ aiškina Tjitske Starkenburg. Atėmus matomą masę, likusi dalis rodo į paslėptą halą.

Hablo kosminio teleskopo vaizdas, kuriame kamuolinių spiečių žvaigždžių srautas pažymėtas stačiakampiu. 

UGC 9050‑Dw1 yra ultradifuzinė galaktika, blanki ir erdvėje išsidėsčiusi plonai. Toks blankus fonas paradoksaliai palengvina silpnų struktūrų aptikimą. Ankstesni Hablo ir radijo stebėjimai jau pažymėjo galaktiką kaip netipinę: deformuota forma, žvaigždžių plunksna ir neįprastai gausi kamuolinių spiečių populiacija. Komanda įvertino maždaug 52 spiečius, sudarančius apie 20 % galaktikos šviesos. Toks gausumas greičiausiai prisidėjo prie naujai pastebėto srauto susiformavimo.

Atranka iš dalies įvyko atsitiktinai. Peržvelgdamas archyvinius Hablo kadrus bendraautorius David Hendel pastebėjo subtilią lanką. Žemės paviršiuje gauti vaizdai sustiprino įspūdį, kad tai nėra vaizdo artefaktas, o tikra astronominė struktūra. Norėdami pereiti nuo įtarimo prie įrodymo, tyrėjai paleido tūkstančius kompiuterinių simuliacijų, keičiant pradinio spiečiaus savybes ir galaktikos masės pasiskirstymą, kol modeliai atkūrė lankos formą ir spalvą.

Rezultatai rodo galaktiką, įterptą į reikšmingą tamsiosios materijos halą. Tai pirmasis atvejis, kai kamuolinio spiečiaus srautas panaudotas ultradifuzinės galaktikos tamsiosios materijos halo riboms nustatyti. Ši viena frazė yra svarbi: ultradifuzinės galaktikos yra bandymų laukas konkuruojančioms tamsiosios materijos idėjoms, ir naujas, nepriklausomas įrankis jas tirti yra laukiama papildoma priemonė.

Yra ne viena galimybė, kaip srautas gali atskleisti nematomą materiją. Ploni srautai yra labai trapūs. Kompaktiška tamsiosios materijos koncentracija, praeinanti šalia, gali pastumti srauto žvaigždes, suformuodama tarpus arba sankaupas, žymes, atskleidžiančias mažų tamsių struktūrų dydį ir dažnį. Stebėtojai diskutavo, ar panašūs požymiai Paukščių Tako srautuose yra tamsių subhalų ženklai. Jei tai bus patvirtinta, metodas gali būti pritaikytas už mūsų galaktikos ribų ir galėtų žemėlapiuoti tamsiąją materiją smulkesniais masteliais nei leidžia visos galaktikos matavimai.

Laikas palankus. Būsimi plataus masto tyrimai, kuriuos atliks ESA misija Euclid ir NASA teleskopas Nancy Grace Roman, apims kur kas didesnius dangaus plotus nei kada nors galėjo Hablas. Ypač Roman galės fiksuoti sritis maždaug 100 kartų didesnes už Hablo giluminius laukus, kas ženkliai padidins galimybę rasti daugiau egztragalaktinių srautų ir smulkių jų perturbacijų.

Viena trapi lankos struktūra aplink vieną blankią galaktiką nėra atsakymas, tai kvietimas. Suradę daug daugiau srautų, galėsime palyginti tamsiosios materijos aplinkas skirtingų tipų galaktikose ir patikrinti šiandien dar spekuliatyvias teorijas. Žvaigždžių upė aplink UGC 9050‑Dw1 pradėjo braižyti nematomų dalykų kontūrus, o kiti teleskopai pateiks likusią žemėlapio dalį.