Astrofysikere har opdaget en galakse så svag, at den næsten forsvinder på billeder – og alligevel ser den ud til at være enormt massiv.
Massen stammer ikke fra et stort antal stjerner, for der er overraskende få af dem. Forskerne mistænker, at næsten hele det "tunge" indre af dette objekt består af mørkt stof, som hverken lyser eller lader sig måle direkte.
En galakse der næsten ikke kan ses, men vejer som en gigant
En ny analyse af data fra Hubble-teleskopet kombineret med observationer fra jordbaserede observatorier peger på en særligt gådefuld ultra-diffus galakse. Objektet er på størrelse med Mælkevejen, men udsender kun en brøkdel af dens lys. Ved første øjekast ligner det en udvisket plet, som om nogen skødesløst havde strakt en almindelig galakse ud over himlen.
Bevægelsen hos stjernerne og galaksens øvrige komponenter afslører dog et kraftigt gravitationsfelt indeni. Noget "holder" galaksen samlet og binder den, selv om den næsten ikke lyser. Det er netop signalet om, at størstedelen af massen gemmer sig som mørkt stof, usynligt for vores teleskoper.
Mørkt stof udsender ikke lys, absorberer det ikke på sædvanlig vis og interagerer næsten ikke med normale partikler – det røber sig udelukkende via 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 regnskabet. Galakser roterer for hurtigt til at holde sig samlet udelukkende ved hjælp af de synlige stjerner og gassensmasse. Galaksehobe tiltrækker hinanden med en kraft, der langt overstiger, hvad man direkte kan tælle sig frem til på billeder.
Målinger viser, at i kosmisk målestok udgør omkring 80 procent af al materie noget, der hverken lyser eller er opbygget 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 samler sig i enorme klumper. Disse klumper udgør det skelet, som galakser og galaksehobes siden vokser op på.
- Almindelig materie: stjerner, planeter, interstellar gas
- Mørkt stof: usynlige partikler, der kun giver sig til kende via tyngdekraft
- Mørkt stofs andel: cirka fire gange mere masse end alt, der lyser
Ultra-diffuse galakser – store og næsten tomme
I de seneste år har astronomer beskrevet en klasse objekter kaldet ultra-diffuse galakser (UDG'er). De er udstrakte og store, sammenlignelige i størrelse med spiralgalakser, men indeholder overraskende få stjerner. Resultatet er, at de lyser meget svagt, næsten som om de allerede er "brændt ud".
Nogle af dem ser ud til at være gennemsyret af mørkt stof. Andre minder, til forskernes forundring, om normale galakser, der blot er kunstigt "pumpet op" og udvisket. Disse forskelle gør UDG'er til et varmt emne, fordi de både kan bekræfte og udfordre det klassiske scenarie med mørkt stof.
Jo bedre forskerne forstår UDG'er, desto præcisere kan de efterprøve, om den moderne kosmologiske model med dominerende mørkt stof faktisk holder i detaljen.
Hvordan opstår en galakse, hvor næsten intet lyser?
Når astrofysikere forsøger at forstå disse objekters historie, overvejer de flere scenarier. Ét af dem går ud på, at en UDG begynder livet som en lille, temmelig typisk dværggalakse. Den kommer imidlertid for tæt på en stor samling af andre galakser, der er nedsænket i varm, tæt gas.
Dette miljø udøver et kraftigt pres på den mindre galakse. Gasstrømme og gravitationelle påvirkninger river det materiale væk, der er nødvendigt for at danne nye stjerner. Dertil kommer de såkaldte tidevandskræfter – gigantiske forskelle i tyngdekraft fra den ene side af objektet til den anden – som kan suge en del af indholdet ud.
Den tidligere dværggalakse mister herved det meste af sin gas og en del af sine stjerner. Tilbage er primært et "usynligt skelet" af mørkt stof samt en lille population af gamle stjerner. Lysstyrken falder, størrelsen vokser, og dannelsen af nye stjerner bliver minimal.
Den næsten usynlige galakse afsløret af kuglehobe
Den galakse, der beskrives i de nye analyser, tilhører netop denne gruppe objekter. Den tiltrækker ikke opmærksomhed med sin lysstyrke. Analytikerne bag Hubble-dataene måtte arbejde hårdt for overhovedet at adskille dens svage lys troværdigt fra baggrunden af andre galakser.
Et særligt karakteristisk træk hjalp dem: tilstedeværelsen af tætte ansamlinger af gamle stjerner, de såkaldte kuglehobe. Sådanne hobe kredser typisk i galaksers udstrakte halo og er langt lettere at opfange end det udvisket skær fra hele galaksen.
| Komponent | Hvad den bidrager med i analysen |
|---|---|
| Stjerner i galaksens skive | Viser objektets overordnede form og lysstyrke |
| Kuglehobe | Hjælper med at estimere massen og størrelsen af det mørke stofs halo |
| Interstellar gas | Giver oplysninger om muligheden for fortsat stjernedannelse |
Ved at tælle antallet af kuglehobe og analysere deres fordeling kan forskerne med overraskende stor præcision estimere galaksens samlede masse. I dette tilfælde viste det sig, at der er langt for få synlige stjerner til at retfærdiggøre et så kraftigt gravitationsfelt. Det er et stærkt argument for, at mørkt stof dominerer i denne galakse.
Hvorfor er denne galakse så vigtig for kosmologien?
Computersimuleringer af store kosmiske strukturer forudsiger, at der rundt om store galakser bør kredse hele sværme af små objekter, der er nedsænket i mørkt stof. I observationer er det ikke let at opfange dem alle, hvilket i årevis har rejst spørgsmål om, hvorvidt den klassiske kosmologiske model faktisk fungerer uden korrektioner.
Ultra-diffuse galakser kan delvist forklare dette manglende antal. De kan være de "forsvundne" satellitgalakser, der har skiftet udseende og blegnet som følge af urolige interaktioner med omgivelserne. Netop denne galakse, næsten fuldstændig domineret af mørkt stof, leverer endnu et brik i puslespillet.
Hvis der eksisterer mange lignende objekter, bliver vores billede af, hvordan mørkt stof organiserer større kosmiske strukturer, mere konsistent med supercomputersimulerингerne.
Hvordan undersøger man i praksis noget, man ikke kan se?
At studere mørkt stof minder om en efterforskning, hvor man aldrig ser gerningsmanden, kun virkningerne af hans handlinger. Forskerne benytter sig af flere redskaber på én gang: præcise billeder, målinger af stjernernes hastigheder, detektion af kuglehobe og analyse af formen på fjerne galakser, der forvrænges af gravitationslinseeffekten.
Hvert af disse elementer giver fingerpeg om, hvor mørkt stof samler sig, og hvordan det er fordelt. I tilfældet med ultra-diffuse galakser er instrumenter med meget høj følsomhed afgørende, fordi det drejer sig om brøkdele af den lysstyrke, man normalt ser på nattehimlen med et amatørteleskop.
For dem, der ikke arbejder professionelt med kosmologi, kan mørkt stof virke abstrakt – men det har en meget konkret indflydelse på, hvordan himlen ser ud. Uden det ville stjerner i mange galakser ikke holde sig i så kompakte strukturer, og enorme galaksehobe ville ikke have dannet sig i det tempo, de gjorde efter Big Bang. Man kan sige, at det netop er mørkt stof, der 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 eksisterer alternative idéer, som modificerer selve tyngdekraftsteorien og forsøger at forklare galaksernes opførsel uden at tilføje nye partikler. Hver ny galakse domineret af usynlig masse bliver derfor en vigtig test: eksisterer denne mystiske komponent virkelig i form af partikler, eller kræver vores gravitationsligninger en grundlæggende revision?
