Mysterium om ultra-diffuse lyssvage galakser løst

Galakser er gigantiske samlinger af stjerner, gas og såkaldt mørkt stof. De mindste galakser indeholder nogle få millioner stjerner, mens de største kan indeholde flere hundrede milliarder stjerner. De første stjerner opstod allerede i det meget tidlige univers ca. 200 millioner år efter Big Bang af gasserne brint og helium. Disse kæmpe skyer af gas og støv trækker sig sammen og til sidst er gassen så kompakt, at trykket opvarmer stoffet, så der opstår glødende gaskugler, nye stjerner er født. Stjernerne er samlet i galakser, hvoraf de første var en slags babygalakser.

Astronomernes teori er, at babygalakserne gradvist voksede sig større og mere massive ved hele tiden at danne nye stjerner og ved at støde sammen med nabogalakser og danne nye, større galakser. De største galakser i vore dages univers skal på den måde have været under konstant opbygning gennem hele universets historie. Jorden og vores solsystem befinder sig en stor galakse, Mælkevejen.

Men de nyopdagede, ultra-diffuse lyssvage galakser var svære at klassificere, og mens nogle forskere mente, at de diffuse galakser blot var sædvanlige, store galakser med milliarder af stjerner, mente andre, at det drejede sig om sædvanlige dværggalakser.

Genskaber galakser

Men et forskningsprojekt ledet af forskere fra Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet i samarbejde med New York University, Abu Dhabi har ved hjælp af avancerede computersimuleringer været i stand til at genskabe de egenskaber, som er blevet observeret.

”Ved at genskabe over 100 galakser har vi vist, at når der undervejs i stjernedannelsesprocessen samtidigt sker en masse stjerneeksplosioner (supernovaer) kan det bevirke, at både galaksens stjerner og det mørke stof, skubbes udad og får galaksens omfang til at ekspandere. Når der er et mindre antal stjerner på et udvidet område betyder det, at galaksen bliver lyssvag og diffus og dermed svær at observere med teleskoper”, forklarer Arianna Di Cintio, ph.d. i astrofysik, Dark Cosmology Centre på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet, som har ledet af forskningen.

Hun fortæller, at den mekanisme, som får stjernerne til at bevæge sig væk fra centret, er den samme, som er i stand til at skabe områder med lavere tæthed af mørkt stof. De mange stjerneeksplosioner (supernovaer) er så kraftfulde, at de blæser gassen udad i galaksen. Det resulterer i, at både det mørke stof og stjernerne bevæger sig udad, så galaksens omfang ekspanderer. Det, at galaksen spredes over et større område gør, at den bliver mere mere diffus og uklar.

”Hvis vi kan genskabe ultra-diffuse galakser med computersimuleringer beviser det, at vi er på rette vej med vores kosmologiske model. Vi forudser derfor, at der befinder sig ultra-diffuse galakser allevegne – ikke kun i galaksehobe. De er domineret af mørkt stof, og kun nogle få procent af deres indhold består af gas og stjerner, og det vigtigste er, at de er dværggalakser med en total masse på kun omkring 60 gange mindre end en stor spiralgalakse, hvilket vil sige betydeligt mindre end en stor galakse som Mælkevejen”, siger Arianna Di Cintio.

Forskerne forventer yderligere, at blandt de mere enkeltliggende ultra-diffuse galakser, vil de største kunne indeholde mere gas. De indleder derfor et tæt samarbejde med forskergrupper, som udfører observationer af store gas-rige galaksehobe for at få bekræftet disse teorier.

”Det vil åbne et helt nyt vindue til galakse-dannelse – der kan være tusindvis af ultra-diffuse lyssvage galakser, der bare venter på at blive opdaget”, siger Arianna Di Cintio, som ser frem til at finde ud af deres indhold af grundstoffer, mængde af stjerner og hvordan de overlever i galaksehobe.

• Article in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society >> 
• Open access paper available on arXiv.org >>

Emner