Ένας αρχέγονος γαλαξίας από σκοτεινή ύλη βρέθηκε χωρίς αστέρια!

Έξω στο μακρινό σύμπαν, υπάρχει ένας γαλαξίας χωρίς φανερά αστέρια, αλλά γεμάτος σε μεγάλο βαθμό με σκοτεινή ύλη. Μα πώς γίνεται αυτό; Ένας γαλαξίας χωρίς αστέρια; Αυτό δεν είναι απαραίτητα αδύνατο σύμφωνα με τους αστρονόμους που τον ανακάλυψαν και προσπαθούν να εξηγήσουν την ύπαρξή του. “Αυτό που γνωρίζουμε είναι ότι είναι ένας εξαιρετικά πλούσιος σε αέριο γαλαξίας”, δήλωσε η αστρονόμος του Παρατηρητηρίου Green Bank, Karen O’Neil που μελετά αυτό το αρχέγονο αστρονομικό αντικείμενο. “Από ό,τι φαίνεται, δεν υφίσταται δημιουργία αστέρων όπως θα περιμέναμε, πιθανότατα επειδή το αέριό του είναι πολύ διασκορπισμένο.”

Η O’Neil και οι συνεργάτες της βρήκαν αυτό το παράξενο και φαινομενικά άδειο από αστέρια αντικείμενο με την ονομασία J0613+52, κατά τη διάρκεια μιας ουράνιας έρευνας. Ο στόχος παρατήρησής τους ήταν ένα σύνολο γαλαξιών  ονόματι γαλαξίες χαμηλής επιφανειακής φωτεινότητας (Low Surface Brightness Galaxies, LSBG). Τα τηλεσκόπια που χρησιμοποίησαν ήταν τα: Green Bank (GBT), Arecibo (πριν από το πρόωρο τέλος του) και Nançay Radio, για να εξετάσουν 350 από αυτά τα αμυδρά, διασκορπισμένα αντικείμενα. Η ιδέα ήταν να εντοπίσουν και να μελετήσουν το αέριο που περιέχουν, καθώς και τις μάζες τους.

Ο J0613+52 δεν ήταν ένας από τους αρχικούς στόχους της ομάδας. Αντιθέτως, τον ανακάλυψαν τυχαία ενώ προσπαθούσαν να εξηγήσουν το λόγο που κάποια δεδομένα από τα τηλεσκόπια Green Bank και Nançay δε συμφωνούσαν, σύμφωνα με την O’Neil. “Το GBT κατευθύνθηκε τυχαία σε λάθος συντεταγμένες και βρέθηκε σε αυτό το αντικείμενο”, εξήγησε, σημειώνοντας ότι αυτός ο γαλαξίας ήταν νέος και άγνωστος. Δεν υπάρχουν άλλοι γαλαξίες εντός 112 παρσέκ (~ 365 ετών φωτός), κάτι που τον καθιστά έναν αρκετά απομονωμένο στόχο. Όλως παραδόξως, βασιζόμενη στις παρατηρήσεις της, η ομάδα ανακάλυψε ότι ο J0613+52 έχει περίπου τα ίδια χαρακτηριστικά μάζας και αερίου με έναν φυσιολογικό σπειροειδή γαλαξία. Παρόλα αυτά, δεν έχει αστέρια! Αυτό δημιουργεί ένα μυστήριο που θα ήθελαν να λύσουν.

Τι είναι ένας γαλαξίας χαμηλής επιφανειακής φωτεινότητας;

Ο τύπος του γαλαξία που εκπροσωπεί ο J0613+52 είναι παράξενος όταν συγκρίνεται με τους πιο γνωστούς τύπους, όπως οι γεμάτοι αστέρια σπειροειδείς και ελλειπτικοί. Καταρχάς, είναι ένας άμορφος γαλαξίας νάνος, δίχως κάποιο εμφανές αστέρι, ενώ είναι και αρκετά αμυδρός (δηλαδή χωρίς θερμό αέριο). Το πιο ασυνήθιστο πράγμα για τα αντικείμενα όπως αυτό είναι ότι φαίνεται να κυριαρχείται από σκοτεινή ύλη. 

Γιατί λοιπόν δεν υπάρχει κανένα αστέρι στον J0613+52; Η O’Neil τον περιγράφει ως έναν “μη εξελιγμένο” νάνο γαλαξία. Αυτό συμβαίνει επειδή το υδρογόνο του είναι πολύ διασκορπισμένο και απλωμένο μέσα του. Οι LSBG γενικά έχουν μικρότερη βαρύτητα λόγω του μεγέθους τους, κάτι που καθιστά δύσκολο το να δημιουργηθούν αστέρια. Έτσι, εξελίσσονται πολύ αργά. Αν τυχόν ξεκινήσουν να μετατρέπουν το αέριο σε αστέρια μέσω βαρυτικής κατάρρευσης, αυτό θα συμβεί μετά από μεγάλο χρονικό διάστημα. Ορισμένοι αστρονόμοι υποστηρίζουν ότι οι LSBG είναι αντικείμενα που δημιουργούνται αργά σε σχέση με τον κοσμικό χρόνο. Αυτό ίσως εξηγεί την παρουσία του στο πρόσφατο, κοντινό Σύμπαν.

Επιπλέον, ο J0613+52 βρίσκεται πολύ μακριά από οποιονδήποτε άλλο γειτονικό γαλαξία για να αλληλεπιδράσει μαζί του βαρυτικά. Αυτό σημαίνει ότι δεν μπορεί να προκληθεί σχηματισμός αστέρων μέσω πιθανών συγχωνεύσεων ή συγκρούσεων. “Ο J0613+52 φαίνεται να είναι και ανέπαφος και ανεξερεύνητος”, δήλωσε η O’Neil. “Θα μπορούσε να είναι η πρώτη μας ανακάλυψη ενός κοντινού γαλαξία που αποτελείται από αρχέγονο αέριο.” Αυτό σημαίνει ότι το περιεχόμενο αερίου του παραμένει κυρίως αναλλοίωτο με την πάροδο του χρόνου. 

J0613+52 και σκοτεινή ύλη

Ο J0613+52 είναι συναρπαστικός από μόνος του, αλλά έχει και κάτι να μας πει για τη σκοτεινή ύλη. Η σκοτεινή ύλη είναι μία αόρατη και άγνωστη “ουσία”, αλλά μπορούμε να μετρήσουμε τις βαρυτικές της επιδράσεις. Κυριαρχεί συνήθως σε περιοχές όπου αυτοί οι γαλαξίες νάνοι LSBG σχηματίζονται, κάτι που δίνει στους αστρονόμους μία ιδέα για το πώς κατανέμεται αυτή η ουσία στο σύμπαν. 

Το περιεχόμενο της σκοτεινής ύλης μπορεί επίσης να εξηγήσει γιατί γαλαξίες όπως ο J0613+52 δεν αλληλεπιδρούν εύκολα με άλλους. Οι “άλωες” της σκοτεινής ύλης λειτουργούν σαν τείχη που τους κρατούν μακριά. Αυτή η έλλειψη “επαφής” λοιπόν, μπορεί να τον εμπόδισε από το να σχηματίσει γιγαντιαία αστέρια λόγω συγκρούσεων. Αυτού του είδους τα άστρα είναι ανάμεσα στα πρώτα που σχηματίζονται. Λόγω του μεγέθους τους, πεθαίνουν σε έκρηξη υπερκαινοφανούς με αποτέλεσμα να εμπλουτίζουν το περιβάλλον τους με τα βαριά στοιχεία, τα οποία χρειάζονται για τον σχηματισμό αστέρων και πλανητών. Ο J0613+52 και άλλοι παρόμοιοι γαλαξίες δεν έχουν αυτά τα βαριά στοιχεία, κάτι που φανερώνει ότι δε σχηματίζονται αστέρια μέσα τους. 

Υπάρχουν άλλοι παρόμοιοι τέτοιοι σκοτεινοί γαλαξίες;

Δεν είναι η πρώτη φορά που κάποιος πέφτει πάνω σε έναν “σκοτεινό” γαλαξία όπως αυτός. Υπάρχουν σίγουρα και άλλοι υποψήφιοι. Το 2005 οι αστρονόμοι βρήκαν έναν παρόμοιο γαλαξία αποτελούμενο από σκοτεινή ύλη με το όνομα VIRGOH121 στο γαλαξιακό σμήνος (cluster) της Παρθένου. Ο VIRGOH121 βρέθηκε χρησιμοποιώντας ραδιοτηλεσκόπια και κοιτώντας τις δονήσεις των μορίων υδρογόνου. Από τότε όμως που εντοπίστηκε, μερικοί αστρονόμοι έχουν προτείνει ότι αυτός ο σκοτεινός γαλαξίας μπορεί απλά να αποτελεί μέρος ενός υπολείμματος που δημιουργήθηκε από μια παλαιότερη γαλαξιακή σύγκρουση. Αυτή η αβεβαιότητα είναι ο λόγος για τον οποίο περαιτέρω παρατηρήσεις του J0613+52 θα είναι κρίσιμες. 

Στην παρουσίασή της στην American Astronomical Society (AAS) η O’Neil επεσήμανε ότι θα χρειαστούν όργανα υψηλής ευαισθησίας για να εξερευνήσουν τον J0613+52 και να κατανοήσουν τα χαρακτηριστικά του. Ένα τέτοιο όργανο πρόκειται να εγκατασταθεί στο Green Bank, με το όνομα ALPACA (Advanced L-Band Phased Array Camera for Astronomy). Με την έναρξη της  λειτουργίας του, το ALPACA θα επεκτείνει το οπτικό πεδίο του τηλεσκοπίου, επιτρέποντας στους αστρονόμους να εξετάσουν περαιτέρω τον J0613+52, καθώς και άλλους γαλαξίες χαμηλής φωτεινότητας όπως αυτόν.

Βασισμένο στο https://phys.org/news/2024-01-primordial-dark-galaxy-stars.html