En galakse der næsten forsvinder – men vejer som en gigant
Astrofysikere er stødt på en galakse så svag, at den nærmest forsvinder på billeder. Alligevel ser den ud til at være ekstremt massiv. Det mærkelige er, at denne masse slet ikke stammer fra antallet af stjerner – for der er overraskende få af dem.
Forskerne mistænker, at næsten hele det tunge indre af dette objekt er opbygget af mørkt stof, som hverken udsender lys eller lader sig måle direkte. Det er en af de mest gådefulde opdagelser inden for moderne kosmologi.
En ny analyse fra Hubble peger på noget usædvanligt
En ny gennemgang af data fra Hubble-teleskopet samt jordbaserede observatorier har afsløret en særlig mystisk galakse af den såkaldte ultra-diffuse type. Objektet er på størrelse med Mælkevejen, men udsender kun en brøkdel af dens lysstyrke. Ved første øjekast ligner det en sløret plet, som om nogen skødesløst havde strakt en almindelig galakse ud over himlen.
Alligevel viser bevægelsesmønstrene hos stjernerne og andre bestanddele, at der gemmer sig et kraftigt gravitationsfelt i midten. Noget holder galaksen samlet, selvom den næsten ikke lyser. Det er præcis det signal, der tyder på, at langt størstedelen af massen findes i form af mørkt stof – usynligt for vores teleskoper.
Mørkt stof udsender ikke lys, absorberer det ikke på normal vis og lader sig ikke se direkte – det røber kun sin tilstedeværelse gennem den tyngdekraft, det udøver på stjerner, gas og andre galakser.
Hvad er mørkt stof egentlig?
Astronomer har i årtier set, at noget ikke stemmer i regnestykket. Galakser roterer for hurtigt til at holde sammen udelukkende ved hjælp af vægten fra synlige stjerner og gas. Galaksehobe tiltrækker hinanden med en kraft, der overstiger hvad man kan aflæse direkte fra billederne.
Målinger viser, at i store kosmiske skalaer udgør omkring 80 procent af al materie noget, der hverken lyser eller består af protoner og neutroner. Det er en helt anden type partikler. Astrofysikere antager, at de danner en slags koldt gas med lave hastigheder, som under tyngdekraftens indflydelse klumper sig sammen i enorme koncentrationer. Disse koncentrationer udgør det skelet, som galakser og galaksehobe siden vokser op omkring.
- Almindelig materie: stjerner, planeter og interstellar gas
- Mørkt stof: usynlige partikler der kun giver sig til kende gennem tyngdekraft
- Andel af mørkt stof: cirka fire gange mere masse end alt, hvad der lyser
Ultra-diffuse galakser – store men næsten tomme
I de seneste år har astronomer beskrevet en klasse af objekter kaldet ultra-diffuse galakser (UDG). De er udstrakte og store, sammenlignelige i størrelse med spiralgalakser, men indeholder overraskende få stjerner. Resultatet er, at de lyser meget svagt – som om de næsten er brændt ud.
Nogle af dem ser ud til at være mættede med mørkt stof. Andre minder om normale galakser, der kunstigt er blevet pumpet op og sløret. Disse forskelle gør UDG til et varmt emne, fordi de både kan understøtte og udfordre den klassiske model med mørkt stof.
Jo bedre forskerne forstår UDG, desto mere præcist kan de teste, om det moderne verdensbillede med dominerende mørkt stof faktisk holder i detaljerne.
Hvordan opstår en galakse, hvor næsten ingenting lyser?
Astrofysikere overvejer flere scenarier for, hvordan sådanne objekter er opstået. Ét af dem antager, at en UDG begynder sit liv som en lille, relativt typisk dværggalakse. Den kommer imidlertid for tæt på en stor samling andre galakser nedsænket i varm, tæt gas.
Dette miljø udøver et kraftigt pres på den mindre galakse. Gasstrømme og gravitationspåvirkninger river det materiale væk, der er nødvendigt for at danne nye stjerner. Dertil kommer de såkaldte tidevandskræfter – gigantiske gravitationsforskelle mellem den ene og den anden side af objektet, som kan suge en del af indholdet ud.
Den tidligere dværggalakse mister det meste af sin gas og en del af sine stjerner. Tilbage er primært et usynligt skelet af mørkt stof samt en lille befolkning af gamle stjerner. Lysstyrken falder, størrelsen vokser, og tempoet for nydannelse af stjerner bliver minimalt.
En næsten usynlig galakse afsløret af kugleformede stjernehobe
Den galakse, der beskrives i de nye analyser, tilhører netop denne gruppe af objekter. Den tiltrækker ikke opmærksomhed med sin lysstyrke. Forskerne bag Hubble-dataene måtte arbejde hårdt for overhovedet troværdigt at adskille dens svage lys fra baggrunden fyldt med andre galakser.
En bestemt karakteristisk egenskab kom dem til hjælp: tilstedeværelsen af tætte klynger af gamle stjerner, såkaldte kuglehobe. Disse klynger kredser normalt i galaksers vidtstrakte haloer og er langt lettere at opfange end den slørede glød fra hele galaksen.
| Bestanddel | Hvad den bidrager til analysen |
|---|---|
| Stjerner i galaksens skive | Viser objektets overordnede form og lysstyrke |
| Kuglehobe | Hjælper med at estimere massen og størrelsen af mørkt stof-haloen |
| Interstellar gas | Fortæller om mulighederne for fortsat stjernedannelse |
Ved at tælle antallet af kuglehobe og analysere deres fordeling kan forskerne med overraskende god præcision estimere galaksens samlede masse. I dette tilfælde viste det sig, at der er langt for få synlige stjerner til at begrunde et så kraftigt gravitationsfelt. Det er et stærkt argument for, at mørkt stof dominerer her.
Hvorfor er denne galakse så vigtig for kosmologien?
Computersimuleringer af store kosmiske områder indikerer, at der omkring store galakser bør kredse hele sværme af små objekter nedsænket i mørkt stof. I observationer er det ikke altid let at finde dem alle, hvilket i årevis har rejst spørgsmålet om, hvorvidt den klassiske kosmologiske model virkelig fungerer uden korrektioner.
Ultra-diffuse galakser kan delvis forklare dette hul. De kan være de "forsvundne" satellitgalakser, som har skiftet udseende og fader ud på grund af turbulente interaktioner med omgivelserne. Denne konkrete galakse, næsten fuldstændig domineret af mørkt stof, leverer endnu et brik til puslespillet.
Hvis der findes flere lignende objekter, bliver vores billede af, hvordan mørkt stof organiserer større kosmiske strukturer, mere sammenhængende med supercomputersimuleringer.
Hvordan studerer man noget, man ikke kan se?
At undersøge mørkt stof minder om en efterforskning, hvor man aldrig ser gerningsmanden – kun konsekvenserne af hans handlinger. Forskerne bruger flere værktøjer på én gang: præcise billeder, hastighedsmålinger af stjerner, detektion af kuglehobe og analyse af fjerne galaksers former forvrænget af gravitationslinseeffekten.
Hvert af disse elementer giver spor til, hvor mørkt stof samler sig og hvordan det er fordelt. For ultra-diffuse galakser kræves instrumenter med meget høj følsomhed, fordi det handler om brøkdele af den lysstyrke, man normalt ser i et amatørteleskop på en klar nat.
For folk der ikke beskæftiger sig professionelt med kosmologi kan mørkt stof lyde abstrakt, men det har en meget konkret indvirkning på, hvordan himlen ser ud. Uden det ville stjerner i mange galakser ikke kunne holde sig i sådanne kompakte strukturer, og enorme galaksehobe ville ikke have dannet sig så hurtigt efter Big Bang. Man kan sige, at mørkt stof satte scenen, hvorpå stjerner, planeter – og vi selv – siden dukkede op.
Det er også værd at huske, at mørkt stof ikke er den eneste kandidat til den "manglende masse". Der findes alternative idéer, som modificerer selve gravitationsteorien og forsøger at forklare galaksernes adfærd uden at tilføje nye partikler. Hver ny galakse domineret af usynlig masse bliver derfor en vigtig test: eksisterer denne mystiske bestanddel virkelig i form af partikler, eller kræver vores gravitationsligninger en dybere korrektion?
