Kísérteties galaxis: sötét anyag nélküli csillagváros sokkolja a csillagászokat

Az asztronómusok egy olyan újabb csillagvárosra bukkantak, ami teljes egészében mentes az univerzum nagyobb részét alkotó rejtélyes sötét anyagtól. A kísérteties galaxis létezése azért zavarba ejtő, mert a láthatatlan titokzatos matéria, amiről az asztrofizikusok azt tartják, hogy a világegyetem legnagyobb anyagi komponense, felel a galaxisok, mint rendszerek stabilitásáért egyfajta gravitációs állványzatot biztosítva a csillagvárosoknak. Az újabb sötét anyag nélküli galaxis felfedezése olyan, mintha csak egy árnyékot találnánk, annak a forrása nélkül.

A fényes és nagy galaxisok legnagyobb részében a sötét anyag biztosítja a csillagvárosok stabil szerkezetét, ezért számít talánynak a sötét anyag nélküli "kísérteties galaxis" léte Fotó: NASA/Space News

Kísérteties galaxis felfedezéséről számol be egy új tanulmány, olyan csillagváros azonosításáról, amely a megfigyelési adatok szerint teljesen mentes az einsteini univerzumot kitöltő sötét anyagtól - írja a Live Science tudományos hírportál. Az elmúlt évtizedben már több ehhez hasonló észlelésről számoltak be – ezek mindegyike úgynevezett "ultrasugárzó galaxis" volt-, amelyek kiterjedésre körülbelül akkorák mint a mi Tejútrendszerünk, de csillagokban rendkívül ritkák.

A kísérteties galaxis, az FCC 224 ultradiffúz csillagváros álszínű képe a Hubble-űrtávcső felvételén      Fotó:  NASA/STScI / Live Science

Kísérteties galaxis, amiből hiányzik a sötét anyag

E rejtélyes együttesnek az FCC 224 katalógusszámon ismert csillagváros a a legújabb tagja, amely a Fornax-galaxishalmaz peremén található és ami nagyjából 65 millió fényévnyire fekszik a Földtől. Az FCC 224-et, egy törpegalaxist először 2024-ben észlelték, ami tucatnyi erős fényű, szorosan kötött csillaghalmazzal büszkélkedhet – a méretéhez képest ez szokatlanul gazdag populációnak számít, amik általában a nagyobb, sötét anyagban gazdag galaxisokban fordulnak elő –, de úgy tűnik, hogy az FCC 224-ből azonban hiányzik ez a titokzatos anyag.

Az FCC 224-es katalógusjelű galaxis GALFIT modellje különböző felvételek alapján. A kutatók bizonyítékot találtak arra, hogy az objektum nem tartalmaz sötét anyagot                                                 Fotó: W.M. Keck Observatory / Phys.org

A sötét anyag olyan anyagfajta, amely a csillagászati műszerek segítségével közvetlenül nem detektálható, mivel nem bocsát ki és nem nyel el semmilyen elektromágneses sugárzást. Jelenlétére csak a látható anyagra, valamint a mikrohullámú háttérsugárzásra kifejtett gravitációs hatásából lehet következtetni. A jelenleg általánosan elfogadott kozmológiai modell szerint az ismert világegyetem, az úgynevezett einsteini univerzum mindössze 4,6 %-át alkotja a látható anyag, 23 %-át teszi ki a sötét anyag, míg 72%-át pedig a sötét energia.

A múlt hónapban közzétett két kiegészítő tanulmány szerint ez az újonnan azonosított kísérteties galaxis mindemellett határozottan eltérő kozmikus környéket foglal el mint a többi olyan csillagváros, amelyekből szintén hiányzik a sötét anyag. Mindez arra utal, hogy ezek az objektumok egyáltalán nem olyan ritkák mint ahogyan azt korábban feltételezték, hanem inkább a törpegalaxisok egy gyakoribb,ám korábban fel nem ismert osztályát képviselik.

Egy galaxishalmaz asztrofotója       Fotó: Wikimedia Commons/NASA

Jelenleg egyetlen létező galaxisképződési modell sem tudja megmagyarázni, hogyan keletkezett ez a galaxis"

 - mondja Maria Buzzo, az ausztrál Swinburne Műszaki Egyetem asztrofizika doktorjelöltje, az egyik új tanulmány vezetője, akit a Live Science tudományos hírportál idéz.

Bizonyítékot találtak a rejtélyes sötét anyag hiányára

A hawaii Keck Obszervatórium adatainak felhasználásával Buzzo és csapata egy tucat csillaghalmaz mozgását követte nyomon az FCC 224-en belül. Ezek a mérések lassú sebességet mutattak ki a halmazok között, ami annak a kulcsfontosságú mutatója, hogy a galaxisból hiányzik a sötét anyagtól elvárt erős gravitációs vonzerő – írja az új tanulmány. A kutatók szerint egyetlen ismert forgatókönyv sem képes teljes mértékben megmagyarázni az FCC 224 tulajdonságait.

Az M 44 Plejádok ködös nyílt csillaghalmaz, ismert nevén a Fiastyúk szabad szemmel is jól látható halmaz       Fotó: Wikimedia Commons/Filip Lolić

A csillaghalmazok a csillagok gravitációsan összetartozó csoportjait alkotják. Fontos hangsúlyozni, hogy a galaxisoknál ezek jóval kisebb egységek, amelyek a galaxisokon belül, illetve azokhoz kötötten léteznek. Két nagyobb csoportjuk ismert, az úgynevezett nyílt csillaghalmazok, ilyen például a hazánkból szabad szemmel is jól látható M44-es Plejádok, vagy ismertebb nevén a Fiastyúk nyílthalmaz. A másik csoportot a jóval kompaktabb gömbhalmazok alkotják, amelyek közül a nyári Herkules csillagképben lévő M13-as holdtalan és fényszmogtól mentes estéken szabad szemmel is megpillantható.

Egy másik tudóscsapat, a Santa Cruz-i Kaliforniai Egyetem kutatócsoportja Yimeng Tang csillagász vezetésével összehasonlította az FCC 224 tulajdonságait más olyan galaxisokkal, amelyekből látszólag szintén hiányzik a sötét anyag. A Cet (Cetus) csillagképben található NGC 1052 katalógusjelű csoporton belüli két olyan kísérteties objektumra fókuszáltak, amelyek tőlünk körülbelül 65 millió fényévre fekszenek. Tang és kollégái szerint az FCC 224 az NGC 1052 törpegalaxisaihoz hasonlóan, gázban gazdag galaxisok nagy sebességű ütközéséből jöhetett létre.

Az NGC 6621 - NGC 6622 ütköző, vagy más elnevezéssel kölcsönható galaxispár          Fotó: NASA/ESA/University of Alabama, Tuscaloosa)

 Ilyen esetben a gáz elválik a sötét anyagtól, és az ezt követő csillagképződés a kilökődött gázban egy vagy több sötétanyag-mentes galaxist alkot. 

A korábbi kutatások azt találták, hogy az NGC 1052 csoportba tartozó két galaxis - a DF2 és a DF4 jelű-, ahhoz a hét-tizenegy sötétanyag-hiányos galaxisból álló csoporthoz tartozik, amelyek ugyanabban az ősi ütközésben alakulhattak ki. Az FCC 224-nek ezért valószínűleg létezik egy ikergalaxisa is, véli Tang és kutatócsoportja az új tanulmányukban.

Kettős magyarázat az univerzum legtitokzatosabb galaxisainak keletkezésére

Az egyik jelölt a közeli FCC 240 jelű galaxis, amelyről úgy tűnik, hogy ugyanolyan méretű alakú és tájolású, mint az FCC 224-es. Ha a soron következő megfigyelések megerősítik a közös tulajdonságaik egyezését, ez döntő bizonyítékot szolgáltathat az FCC 224  ütközési eredetének alátámasztására. A kísérteties galaxis eredetére egy másik alternatív megoldásként azt javasolja Yimeng Tang kutatócsoportja, hogy az FCC 224 egy kaotikus, nagy energiájú környezet eredménye lehet, ahol a túl nagy tömegű csillaghalmazok intenzív csillagképződése kiszorította a sötét anyagot a galaxisból.

Az NGC 1052-es jelű galaxiscsoport a vizsgált DF2 és a DF4 jelű galaxisokkal      Fotó: Researche Gate

 "Az FCC 224 kulcsfontosságú adatpontként szolgál más sötétanyag-hiányos galaxisok azonosítására és tanulmányozására tett erőfeszítéseinkben" - mondja Maria Buzzo, az ausztrál Swinburne Műszaki Egyetem asztrofizika doktorjelölte és az egyik tanulmány vezető szerzője a kutatók által kiadott közleményben. "A minta méretének bővítésével pontosíthatjuk ismereteinket ezekről a ritka galaxisokról és a sötét anyag szerepéről a törpegalaxisok kialakulásában" -fűzte hozzá az asztrofizikus.

A tanulmány angol nyelven és teljes terjedelmében itt olvasható el.

A frissen felfedezett kísérteties galaxis:

• tőlünk 65 millió fényévre a Fornax-galaxishalmazban található,
• az átlagos galaxisokkal szemben nem tartalmaz sötét anyagot, 
• aminek feltehetően az az oka, hogy egy múltbéli nagy galaxisütközés folytán jött létre.