Astrofysikere har opdaget en galakse så svag, at den næsten forsvinder på billeder – og alligevel ser den ud til at have en enorm masse.
Massen stammer ikke fra stjerner, for der er overraskende få af dem. Forskerne mistænker, at næsten hele dette objekts "tyngde" udgøres af mørkt stof – noget der hverken lyser eller kan måles direkte.
En galakse der næppe ses, men vejer som en gigant
En ny analyse af data fra Hubble-teleskopet samt jordbaserede observatorier peger på en særligt gådefuld galakse af den ultra-diffuse type. Objektet er på størrelse med Mælkevejen, men udsender kun en brøkdel af dens lys. Ved første øjekast ligner det en sløret plet – som om nogen skødesløst har strakt en almindelig galakse ud over himlen.
Bevægelserne hos stjerner og andre komponenter afslører dog et kraftigt tyngdefelt i centrum. Noget holder galaksen samlet, selvom den næsten ikke lyser. Det er præcis det signal, der fortæller os, at størstedelen af massen gemmer sig som mørkt stof – usynligt for vores teleskoper.
Mørkt stof udsender ikke lys, absorberer det ikke på normal vis – det røber sig udelukkende gennem den tyngdekraft, det udøver på stjerner, gas og andre galakser.
Hvad er mørkt stof egentlig
Astronomer har i årtier bemærket, 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 for kraftigt i forhold til, hvad der direkte kan aflæses af billeder.
Målinger viser, at i kosmisk stor skala udgør cirka 80 procent af al stof noget, der hverken lyser eller er sammensat 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 strukturer. Disse strukturer udgør det skelet, som galakser og galaksehobe siden vokser frem på.
- Almindeligt stof: stjerner, planeter, interstellar gas
- Mørkt stof: usynlige partikler der kun giver sig til kende via tyngdevirkning
- Mørkt stofs andel: cirka fire gange mere masse end alt, hvad 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 typiske spiralgalakser – men indeholder overraskende få stjerner. Resultatet er, at de lyser meget svagt, som om de næsten er "udbrændte".
Nogle af dem ser ligefrem ud til at være gennemsyret af mørkt stof. Andre minder til forskernes forbløffelse om normale galakser, der blot er kunstigt "oppumpede" og slørede. Disse forskelle gør UDG'er til et varmt emne, da de både kan understøtte det klassiske scenarie med mørkt stof og sætte det på prøve.
Jo bedre forskerne forstår UDG'er, desto præcist kan de undersøge, om det moderne kosmologiske model med dominerende mørkt stof virkelig fungerer i detaljen.
Hvordan opstår en galakse, hvor næsten ingenting lyser
Når astrofysikere spekulerer over sådanne objekters oprindelse, overvejer de flere scenarier. Ét af dem forudsætter, at en UDG begynder sit liv som en lille, ret typisk dværggalakse. Den kommer imidlertid for tæt på en stor samling af andre galakser, nedsænket i varm, tæt gas.
Dette miljø udøver et kraftigt pres på den mindre galakse. Gasstrømme og tyngdekraftvekselvirkninger river det materiale ud af den, der er nødvendigt for at danne nye stjerner. Hertil kommer såkaldte tidevandskræfter – gigantiske forskelle i tyngdekraft fra den ene til den anden side af objektet, der kan suge dele 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. Dens lysstyrke falder, dens størrelse vokser, og dannelsen af nye stjerner bliver minimal.
Den næsten usynlige galakse røbet af kugleformede stjernehobe
Den galakse, der beskrives i de nye analyser, tilhører netop denne gruppe af objekter. Den tiltrækker ikke opmærksomhed med sin glans. Forskerne bag Hubble-dataene måtte arbejde grundigt 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 kugleformede stjernehobe. Disse hobe kredser typisk i de udstrakte haloer omkring galakser og er langt lettere at opdage end den slørede glød fra selve galaksen.
| Komponent | Hvad den bidrager med i analysen |
|---|---|
| Stjerner i galaksens disk | Viser objektets overordnede form og lysstyrke |
| Kugleformede stjernehobe | Hjælper med at estimere massen og størrelsen af haloet med mørkt stof |
| Interstellar gas | Fortæller om mulighederne for fortsat stjernedannelse |
Ved at tælle antallet af kugleformede stjernehobe og analysere deres fordeling kan forskerne overraskende præcist estimere galaksens samlede masse. I dette tilfælde viste det sig, at der er langt for få synlige stjerner til at retfærdiggøre et så kraftigt tyngdefelt. Det er et stærkt argument for, at mørkt stof dominerer der.
Hvorfor denne galakse er så vigtig for kosmologien
Computersimuleringer af store kosmiske områder indikerer, at der omkring store galakser burde kredse hele sværme af små objekter begravet i mørkt stof. Det er ikke let at opdage dem alle i observationer, hvilket i årevis har rejst spørgsmålet om, hvorvidt den klassiske kosmologiske model virkelig fungerer uden justeringer.
Ultra-diffuse galakser kan delvist forklare dette manglende led. De kan være "forsvundne" satellitgalakser, der har ændret udseende og blegnet på grund af turbulente interaktioner med omgivelserne. Denne konkrete galakse, næsten fuldstændigt 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 supercomputernes simuleringer.
Hvordan man i praksis undersøger 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 samtidig: præcise billeder, målinger af stjernernes hastigheder, påvisning af kugleformede stjernehobe samt analyse af fjerne galaksers former, der forvrænges af gravitationslinsevirkning.
Hvert af disse elementer giver ledetråde til, hvor mørkt stof samler sig, og hvordan det er fordelt. I tilfældet med ultra-diffuse galakser kræves instrumenter med meget høj følsomhed, da det drejer sig om brudstykker af den lysstyrke, vi normalt ser på nattehimlen i et amatørteleskop.
For dem der ikke beskæftiger sig professionelt med kosmologi, kan mørkt stof lyde 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 være opstået så hurtigt efter Big Bang. Man kan sige, at mørkt stof satte scenen, som stjerner, planeter og vi selv siden dukkede op på.
Det er også værd at huske, at mørkt stof ikke er den eneste kandidat til den "manglende masse". Der findes alternative idéer, der modificerer selve tyngdekraftsteorien. Sådanne tilgange forsøger at forklare galaksernes adfærd uden at tilføje nye partikler. Enhver ny galakse domineret af usynlig masse bliver derfor en vigtig prøvesten: om denne mystiske bestanddel virkelig eksisterer i form af partikler, eller om vores tyngdekraftsligning i stedet kræver en grundlæggende korrektion.
