Tiny Invisible Galaxy kan göras helt av mörk materia

Astronomer har upptäckt en liten galax som är osynlig för teleskop och kan vara helt sammansatt av mörk materia, vilket inte återspeglar ljus.

Den nyfunna galaxen är otroligt avlägsen och extremt liten. Den kretsar som en satellit av en större galax. Även om teleskop inte kan upptäcka dvärggalaxen upptäckte forskarna sin närvaro genom de små snedvridningarna som dess tyngdkraft orsakar ljus som passerar det.

Forskare tror att mörk materia, som kan göras av någon exotisk partikel som inte reflekterar ljus, utgör cirka 98 procent av all materia i universum. Ändå har det aldrig upptäckts direkt. Upptäcka mörka föremål som denna lilla avlägsna galax kan hjälpa forskare att förstå bättre vad mörk materia är och hur det påverkar regelbunden materia kring den.

Warped light

Den nya dvärggalaxen är cirka 7 miljarder ljusår bort, vilket betyder att dess ljus har tagit 7 miljarder år att nå oss här på jorden. Den väger ca 190 miljoner gånger solens massa - en till synes stor summa, även om typiska galaxer packar i massan av tiotals miljarder soler. [Bilder: Peering tillbaka till Big Bang & Early Universe]

"Det här är den lägsta massgalaxen som vi har sett på detta avstånd överlägset", säger studie medförfattare Matthew Auger vid University of California, Santa Barbara.

Ännu längre bort, på cirka 10 miljarder ljusår, är en annan galax vars ljus passerar den mörka dvärgen och dess värd på väg till jorden. När detta ljus färdas genom rymden böjs det av den intervenerande galaxens och dess satellits tyngdpunkt, vilket ger en förvrängd, krökt bild kallad en "Einsteinring", efter den berömda vetenskapsmannen, som förutspådde sådana vridningseffekter i sin allmänna relativitetsteori . Denna process kallas gravitationslinsering.

Även om det mesta av denna vridning orsakas av värdgalaxens större gravitationståg, använde forskare en datormodell för att upptäcka ett litet överskott av förvrängning orsakad av den lilla tillägget av dvärgens satellits gravitation.

"Det är en subtil effekt som i ögat du skulle tendera att inte se förutom att subtrahera en modell från data", berättade Auger ProfoundSpace.org.

Astronomerna hjälpades också av extremt högupplösta bilder som tagits av Keck Observatory på Hawaii, med hjälp av ett system som kallas adaptiv optik för att kompensera för atmosfärisk suddning.

"Bildkvaliteten i de data vi använde här är något bättre än kvaliteten du kan få från Hubble Space Telescope," sade Auger.

Auger och hans kollegor, ledd av Simona Vegetti från MIT, rapporterade att de hittades i 19: e utgåvan av tidskriften Nature.

Dolda stjärnor?

Eftersom det är så långt och svårt att se, kan astronomer inte vara säkra på om den nyupptäckta galaxen verkligen tillverkas nästan uteslutande av mörk materia, eller om den bara innehåller stjärnor som är för svaga att vara synliga på detta avstånd.

Det finns anledning att tro att väldigt lågmassiga mörka materia galaxer kan existera oberoende av synlig materia, sa forskare. Den lilla klumpen av mörk materia kan ha ursprungligen innehöll gas som bildade stjärnor när den var nyfödd, men när dessa stjärnor dog och exploderade i supernova, kan de ha sprängt all återstående gas ut i rymden och lämna den mörka materien klumpen utan något material för att bilda nya stjärnor.

Teoretiska modeller är emellertid inte tydliga i denna fråga, och astronomer skulle vilja veta mer om när lätta materiella galaxer bildas, och när mörka materiella klumpar förblir stjärnlösa.

Dvärggalaxier är inte en sällsynthet i kosmos; även vårt Milky Way har dem. Faktum är att den nyfunna galaxen är ungefär lika stor som vår egen galaxs Skytten-dvärg-satellit.

"För första gången får vi information om någonting med en massa som kan jämföras med några av de mindre Vintergatan satelliterna (som Fornax och Skytten dvärgar) men utanför det lokala universum," studera medförfattare David Lagattuta vid universitetet i Kalifornien, Davis, berättade för ProfoundSpace.org i ett email. "Lägg till det faktum att det är ungefär 6 eller 7 miljarder ljusår borta, det är verkligen sant att vi aldrig har kunnat se något så här tidigare!"

Mjölkets satelliter är också lite förstådda - de är svåra att observera, och teorin förutsätter många fler av dem än de har upptäckts. Forskare hoppas att det blir lättare att hitta fler dvärggalaxer runt avlägsna värdar.

"Vegetti och kollegor visar övertygande att gravitationslinser tillåter lågmassiga satellitgelaxer att upptäckas oavsett hur ljusa satelliterna är," astronom Robert W. Schmidt från Universität Heidelberg i Tyskland - som inte var inblandad i forskningen - skrev i en bifogad uppsats i samma fråga om naturen. "Som sådana erbjuder de möjligheterna att förfina mätningar av massfunktionen hos fjärran satelliter."