Wszyscy wiedzą, że galaktyki to ogromne zbiory gwiazd. Pojedyncza galaktyka może zawierać setki miliardów. Ale istnieje rodzaj galaktyki bez gwiazd. Zgadza się: zero gwiazdek.
Galaktyki te nazywane są ciemnymi galaktykami lub ciemnymi galaktykami. Zamiast składać się z gwiazd, składają się głównie z Ciemnej Materii. Teoria przewiduje, że w halo wokół „zwykłych” galaktyk powinno być wiele ciemnych galaktyk karłowatych, ale znalezienie ich było trudne.
Teraz, w nowym artykule opublikowanym w czasopiśmie Astrophysical Journal, Yashar Hezaveh z Uniwersytetu Stanforda w Kalifornii i jego zespół współpracowników ogłaszają odkrycie jednego z takich obiektów. Zespół wykorzystał ulepszone możliwości Atacamas Large Millimeter Array do zbadania pierścienia Einsteina, tak nazwanego, ponieważ Teoria ogólnej teorii względności Einsteina przewidywała zjawisko na długo przed jego zaobserwowaniem.
Pierścień Einsteina ma miejsce, gdy potężna grawitacja bliskiego obiektu zniekształca światło znacznie bardziej odległego obiektu. Działają podobnie jak soczewka w teleskopie, a nawet para okularów. Masa szkła w soczewce kieruje przychodzące światło w taki sposób, że odległe obiekty są powiększane.
Pierścienie Einsteina i soczewkowanie grawitacyjne pozwalają astronomom badać bardzo odległe obiekty, patrząc na nie przez soczewkę grawitacji. Pozwalają one również astronomom dowiedzieć się więcej o galaktyce, która działa jak soczewka, i tak właśnie było w tym przypadku.
Gdyby na szklanej soczewce znajdowały się małe plamki wodne, plamy te spowodowałyby niewielkie zniekształcenie obrazu. Tak właśnie było w tym przypadku, z wyjątkiem mikroskopijnych kropel wody na soczewce, zniekształcenia spowodowane były przez małe galaktyki karłowate składające się z ciemnej materii. „Możemy znaleźć te niewidzialne obiekty w taki sam sposób, jak widać krople deszczu na oknie. Wiesz, że tam są, ponieważ zniekształcają obraz obiektów tła ”- wyjaśnił Hezaveh. Różnica polega na tym, że woda zniekształca światło przez załamanie, podczas gdy materia zniekształca światło pod wpływem grawitacji.
W miarę zwiększania rozdzielczości przez obiekt ALMA astronomowie badali różne obiekty astronomiczne w celu przetestowania jego możliwości. Jednym z tych obiektów była SDP81, soczewka grawitacyjna na powyższym zdjęciu. Podczas badania odległej galaktyki soczewkowanej przez SDP81 odkryli mniejsze zniekształcenia w pierścieniu odległej galaktyki. Hezaveh i jego zespół doszli do wniosku, że te zniekształcenia sygnalizują obecność ciemnej galaktyki karłowatej.
Ale dlaczego to wszystko ma znaczenie? Ponieważ istnieje problem we Wszechświecie, a przynajmniej w naszym jego zrozumieniu; problem braku masy.
Nasze rozumienie formowania się struktury Wszechświata jest dość solidne, przynajmniej na większą skalę. Prognozy oparte na tym modelu są zgodne z obserwacjami kosmicznego mikrofalowego tła (CMB) i gromady galaktyk. Ale nasze zrozumienie załamuje się nieco, jeśli chodzi o strukturę Wszechświata na mniejszą skalę.
Jednym z przykładów naszego niezrozumienia w tym obszarze jest problem braku satelity. Teoria przewiduje, że w aureoli ciemnej materii otaczającej galaktykę powinna istnieć duża populacja tak zwanych obiektów subhalo. Obiekty te mogą wahać się od rzeczy tak dużych jak Chmury Magellana aż do znacznie mniejszych obiektów. W obserwacjach Grupy Lokalnej występuje wyraźny deficyt tych obiektów, do 10-krotności w porównaniu z przewidywaniami teoretycznymi.
Ponieważ ich nie znaleźliśmy, jedna z dwóch rzeczy musi się wydarzyć: albo lepiej je znajdziemy, albo zmodyfikujemy naszą teorię. Ale trochę za wcześnie wydaje się modyfikowanie naszych teorii budowy Wszechświata, ponieważ nie znaleźliśmy czegoś, co z samej swojej natury jest trudne do znalezienia. Dlatego to ogłoszenie jest tak ważne.
Obserwacja i identyfikacja jednej z tych karłowatych ciemnych galaktyk powinna otworzyć drzwi do dalszych. Po znalezieniu kolejnych możemy zacząć budować model ich populacji i rozmieszczenia. Jeśli więc w przyszłości znajdzie się więcej tych karłowatych ciemnych galaktyk, stopniowo potwierdzi to nasze ogólne zrozumienie formowania się i budowy Wszechświata. A to oznacza, że jesteśmy na dobrej drodze, jeśli chodzi o zrozumienie roli Ciemnej Materii we Wszechświecie. Jeśli nie możemy ich znaleźć, a ten związany z aureolą SDP81 okazuje się anomalią, teoretycznie powraca do tablicy kreślarskiej.
Wykrywanie Mrocznej Galaktyki Dwarf związanej z SDP81 wymagało dużej mocy. Pierścienie Einsteina, takie jak SDP81, muszą mieć ogromną masę, aby wywierać efekt soczewkowania grawitacyjnego, podczas gdy ciemne galaktyki karłowate są w porównaniu niewielkie. Jest to klasyczny problem „igły w stogu siana”, a Hezaveh i jego zespół potrzebowali ogromnej mocy obliczeniowej do analizy danych z ALMA.
ALMA, a metodologia opracowana przez Hezaveha i zespół będzie miała nadzieję rzucić więcej światła na ciemne galaktyki karłowate w przyszłości. Zespół uważa, że ALMA ma ogromny potencjał do odkrywania większej liczby tych obiektów halo, co z kolei powinno poprawić nasze zrozumienie struktury Wszechświata. Jak powiedzieli na zakończenie swojego artykułu: „… obserwacje ALMA mogą znacznie poprawić nasze zrozumienie obfitości podbudowy ciemnej materii”.
