Rejtély, hogyan keletkezhetett ez a galaxis

Az ősrobbanás, az univerzum keletkezésének kezdő pillanata, az elméleti fizika legnagyobb, máig nem pontosan tisztázott kérdése

Eddig úgy tudtuk, hogy a galaxisok anyagának többségét a sötét anyag adja. Ehhez képest most találtak egy galaxist, amiben alig van sötét anyag, és a csillagászok egyelőre azt se értik, hogyan keletkezhetett ilyen egyáltalán.

Az általánosan elfogadott nézet szerint a galaxisokban a közönséges anyagnál – amely a csillagokat, illetve a köztük lévő gázt és port alkotja – nagyobb mennyiségben található meg a gravitációs hatása alapján lefülelhető, egyébként láthatatlan sötét anyag. Sőt, azt is tartják, hogy a sötét anyag összesűrűsödései indítják meg a galaxisok keletkezését: e sötétanyag-csomók gravitációs vonzása következtében koncentrálódik a közönséges – tudományos nevén barionos – anyag a csillagképződéshez szükséges mértékben.

Így aztán a Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics (Toronto, Kanada) csillagászainak a Nature múlt heti számában tett bejelentése, miszerint

találtak egy sötét anyagban váratlanul szegény galaxist,

elég nagy meglepetést keltett asztrofizikus körökben, és a tudósok egyelőre csak találgatják, hogyan keletkezhetett ez a galaxis egyáltalán, ha nem úgy, ahogy a többi. „Azt hittük, minden galaxist a csillagok, gáz és sötét anyag elegye alkotja, méghozzá úgy, hogy a sötét anyag dominál – mondta Roberto Abraham, a Torontói Egyetem tanára és a cikk társszerzője. – Most viszont úgy tűnik, hogy legalábbis egyes galaxisokban a sok csillag és gáz mellett alig van sötét anyag. Ami meglehetősen bizarr."

Illusztráció Forrás: Space Wallpapers

A galaxisok nem csak egyféleképpen keletkezhetnek

„Ez az eredmény megkérdőjelezi a galaxisok működéséről alkotott nézeteinket, és azt mutatja, hogy galaxisok nemcsak egyféleképpen keletkezhetnek – tette hozzá a cikket első szerzőként jegyző Pieter van Dokkum, a Yale Egyetem tanára. – A sötét anyagban szegény galaxis felfedezése azért ért minket meglepetésként, mert ez a láthatatlan és rejtélyes szubsztancia az általunk eddig ismert összes galaxis domináns összetevője.

Évtizedekig úgy gondoltuk, hogy a galaxisok élete a sötét anyag összecsomósodásával kezdődik, és minden más csak ezután következik: a gázt csapdába ejti a sötétanyag-felhő, a gázból egyre-másra csillagok formálódnak, és végül eljutunk egy olyan galaxishoz, mint amilyen például a mi Tejútunk."

Akkora, mint a Tejút, mégis kevés benne a csillag

Az újonnan felfedezett, NGC1052-DF2 jelű galaxist a kutatók az egyszerűség kedvéért csak DF2-ként emlegetik. A DF2-nek a sötét anyag viszonylagos hiányán kívül egy további szokatlan tulajdonsága, hogy noha mérete nagyjából egyezik a mi Tejútunkéval, csillagainak száma talán, ha az 1/200-át kiteszi a Tejúténak. A galaxis furcsasága először a nagyon halvány objektumok detektálására alkalmas, van Dokkum és Abraham által tervezett és Új-Mexikóban megépített Dragonfly Telescope Array-en (Szitakötő Távcsőrendszeren) keresztül vizsgálva tűnt fel. A Dragonflyt készítői olyan kereskedelmi forgalomban kapható telefotó-lencsékből állították össze, amelyek a szórt fény kiszűrésére alkalmas speciális bevonattal vannak ellátva. A 2013-ban három lencsével induló Dragonfly a mai 48 lencsés összeállításával a világ legnagyobb szórtfény-kiszűrő teleszkópja. Van Dokkum, Abraham és munkatársaik a Dragonfly segítségével fedezték fel még 2015-ben a galaxisok egy új osztályát, az ún. ultradiffúz galaxisokét, amelybe a DF2 is tartozik.

NGC1052-DF2 Forrás: Gemini Observatory/NSF/AURA/Keck/Jen Miller

Miután a csoport a Dragonflynak köszönhetően felismerte a DF2 különös sajátságait, más eszközökkel is folytatták a vizsgálódást. A Hawaiin található W. M. Keck obszervatórium DEIMOS (Deep Imaging Multi-Object Spectrograph) és LRIS (Low-Resolution Imaging Spectrometer) nevű műszerei segítségével megmérték tíz ún. globuláris halmaz – a galaxis középpontja körül keringő, kompakt csillaghalmaz – sebességét a DF2-n belül, és azt találták, hogy azok a vártnál lassabban mozognak.

A mért sebességekből kiszámították a galaxis tömegét, s ekkor derült fény arra, hogy a DF2-ben a látható csillagok, a gáz és a por adja ki a tömeg túlnyomó részét, így alig marad a sötét anyagnak tulajdonítható tömegjárulék.

Ez utóbbi mennyisége a szokásos részarány mindössze 1/400 részének adódott.

A Hubble Űrteleszkóppal végrehajtott további megfigyelések a DF2 újabb rendkívüli jellegzetességeire irányították rá a figyelmet. A tipikus spirális galaxisokkal ellentétben a DF2-nek nincs sem sűrű központi régiója, sem spirálkarjai vagy -korongja. Az elliptikus galaxisoktól pedig az a lényeges momentum különbözteti meg, hogy a közepéről hiányzik az ott megszokott fekete lyuk.

Egy órán át csak ültem és bámultam a Hubble által készített képet – emlékszik vissza van Dokkum. – Döbbenetes volt: egy gigantikus pacni, amin egyszerűen át lehet nézni. Annyira ritka az anyaga, hogy kilátszanak mögüle a messzebbi galaxisok."

Teóriák

A DF2 jellemzőinek felderítésében nagy hasznára vált a tudósoknak a Gemini Többtest-spektrográf (Gemini Multi Object Spectrograph) nevű eszköz, mellyel több részletes képet készítettek róla. E képek elemzése segített a galaxis szerkezetének feltárásában, illetve annak meghatározásában, hogy a DF2 jelenleg kölcsönhatásban áll-e más galaxisokkal. „A DF2 még az ultradiffúz galaxisok osztályán belül is egy rendhagyó darab – erősítette meg Shany Danieli, a Yale doktorandusza és a kutatócsoport tagja. – A Gemini képei nélkül, amelyek bepillantást engedtek a galaxis morfológiájának részleteibe, nem tudtuk volna a többi adatot megfelelő kontextusba helyezni. Az pedig, hogy a Gemini megerősítette: a DF2 pillanatnyilag nem kölcsönhat egyéb galaxisokkal, segít megválaszolni a keletkezésével kapcsolatos kérdéseket."

A DF2 az NGC1052 jelű óriási elliptikus galaxis által uralt galaxishalmazban foglal helyet.

A csillagászok úgy okoskodnak, hogy a DF2 születését és formálódását a galaxishalmaz dinamikus környezetében az óriásgalaxis befolyásolhatta, még ha mára már megszűnt is a kapcsolat a kettő között.

Egy másik feltételezés szerint a DF2-n belül lezajlott kataklizmikus esemény, például egy viharos csillagkeletkezési hullám söpörhette ki a galaxisból az eredetileg meglévő gázt és sötét anyagot. „Jelenleg átfésüljük az eget, hátha találunk még a DF2-höz hasonló objektumokat – tájékoztatott Abraham. – A Dragonfly különösen alkalmas az ilyen típusú objektumok felkutatására. A DF2 talán csak a jéghegy csúcsa." Tény, hogy az ultradiffúz galaxisok meglepően közönségesek a világegyetemben; a DF2-höz hasonlóan sötétanyag-hiányos példányt eddig mégsem azonosítottak eddig.