Nube, prawie niewidoczna galaktyka, która podważa model ciemnej materii

Galaktyka karłowata Nube jest niezwykle rozproszona, przez co światło, które emituje jest trudne do zaobserwowania. Zdaniem astronomów jej niezwykłe cechy mogą podważyć panujący model kosmologiczny związany z ciemną materią.

Galaktyka Nube (po hiszpańsku „chmura”) została odkryta przez zespół badawczy kierowany przez Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) we współpracy z Uniwersytetem La Laguna (ULL). Nazwa została zasugerowana przez 5-letnią córkę jednego z badaczy, ponieważ obiekt wygląda na bardzo rozproszony. Jego jasność powierzchniowa jest tak słaba, że nie został zauważony w czasie poprzednich badań tej części nocnego nieba. Wynika to z faktu, że gwiazdy w tej galaktyce karłowatej są tak rozproszone na dużej objętości, że ich skupione światło nie było dostrzegalne.

Nowo odkryte skupisko gwiazd różni się wcześniej znanych podobnych obiektów. Astronomowie szacują, że Nube jest galaktyką karłowatą 10 razy słabszą niż inne tego typu, ale także 10 razy bardziej rozległą niż inne obiekty o porównywalnej liczbie gwiazd. Jest ona o jedną trzecią mniejsza od Drogi Mlecznej, ale ma masę podobną do Małego Obłoku Magellana. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.

„Z naszą obecną wiedzą nie rozumiemy, jak galaktyka o tak ekstremalnych cechach może istnieć” – wyjaśnia Mireia Montes, badacz z IAC i ULL.

Badacz Ignacio Trujillo, analizując, w oparciu o obrazy pozyskane z Sloan Digital Sky Survey (SDSS), określony pas nieba w ramach projektu Legado del IAC Stripe 82. W jednej z rewizji danych zauważył rozmazaną plamę, która wyglądała wystarczająco interesująco, aby rozpocząć badania potwierdzające jej istnienie.

Astronomowie wykorzystali ultra-głębokie wielokolorowe obrazy z Gran Telescopio Canarias (GTC), aby potwierdzić, że ta plama nie była jakimś rodzajem błędu, ale niezwykle rozproszonym obiektem kosmicznym. Ze względu na niewielką jasność, trudno było początkowo określić dokładną odległość Nube.

Korzystając z obserwacji uzyskanych za pomocą Green Bank Telescope (GBT) w Stanach Zjednoczonych, autorzy oszacowali odległość Nube na 300 milionów lat świetlnych, chociaż przyszłe obserwacje za pomocą radioteleskopu Very Large Array (VLA) i optycznego William Herschel Telescope (WHT) w Roque de los Muchachos Observatory, La Palma, powinny pomóc wykazać, czy odległość ta jest prawidłowa.

„Jeśli okaże się, że galaktyka znajduje się bliżej, nadal będzie bardzo dziwnym obiektem i będzie stanowić poważne wyzwanie dla astrofizyki” – komentuje Ignacio Trujillo.

Badacze twierdzą, że ogólna zasada polega na tym, że galaktyki mają znacznie większą gęstość gwiazd w swoich wewnętrznych regionach i że gęstość ta gwałtownie spada wraz ze wzrostem odległości od centrum. Mireia Montes twierdzi jednak, że w przypadku Nube „gęstość gwiazd zmienia się bardzo nieznacznie w całym obiekcie, dlatego jest on tak słaby i nie byliśmy w stanie go dobrze obserwować, dopóki nie uzyskaliśmy ultra-głębokich obrazów z GTC”.

Odkrycie Nube zdziwiło astronomów. Zespół wyjaśnia, że na pierwszy rzut oka nie ma żadnych interakcji między gwiazdami w jej wnętrzu. Symulacje kosmologiczne nie są w stanie odtworzyć jej „ekstremalnych” cech, nawet w oparciu o różne scenariusze. „Pozostajemy bez realnego wyjaśnienia w ramach obecnie akceptowanego modelu kosmologicznego, czyli zimnej ciemnej materii” – wyjaśnia Montes.

Model zimnej ciemnej materii może tłumaczyć wielkoskalowe struktury we Wszechświecie, ale istnieją scenariusze w mniejszej skali, takie jak przypadek Nube, których naukowcy nie potrafią jeszcze wytłumaczyć.

„Pokazaliśmy, że różne modele teoretyczne nie są w stanie odtworzyć tej galaktyki, co czyni ją jednym z najbardziej ekstremalnych przypadków znanych do tej pory. Możliwe, że dzięki tej galaktyce i jej podobnym, będziemy mogli znaleźć dodatkowe wskazówki, które otworzą nowe okno na zrozumienie Wszechświata” – mówi Montes.

„Jedną z możliwości, jest to, że niezwykłe właściwości Nube pokazują nam, że cząstki tworzące ciemną materię mają niezwykle małą masę. Gdyby tak było, takie galaktyki demonstrowałyby właściwości fizyki kwantowej, ale w skali galaktycznej. Jeśli ta hipoteza zostanie potwierdzona, byłby to jeden z najpiękniejszych pokazów natury, jednoczący świat kwantowy z największymi obiektami we Wszechświecie” – dodaje Ignacio Trujillo.

Emil Gołoś