Licealista odkrył trzy galaktyki. Astronomowie od dawna szukali wyjaśnienia

Trzy niewielkie galaktyki znajdują się z dala od większych sąsiadów, a mimo to od dawna nie tworzą nowych gwiazd. To naprawdę duża zagadka, ponieważ w takich warunkach powinny zachować gaz niezbędny do ich powstawania. Możliwe wyjaśnienie znalazł Julian Shapiro, który rozpoczął swoje badania jeszcze jako uczeń szkoły średniej, a dziś studiuje astrofizykę na Berkeley.

Odkryte obiekty otrzymały oznaczenia Shapiro Dwarf Galaxy I, II i III. Mogą należeć do rzadkiej populacji galaktyk wyrzuconych z otoczenia większych sąsiadów po wcześniejszym, bliskim spotkaniu. Astronomowie od lat przewidują ich istnienie na podstawie symulacji komputerowych, ale znalezienie przekonujących przykładów okazuje się wyjątkowo trudne. Nowe obserwacje mogą pomóc sprawdzić, czy nasze modele ewolucji Wszechświata prawidłowo opisują losy najmniejszych galaktyk.

Julian Shapiro prowadził badania jeszcze podczas nauki w Dalton School w Nowym Jorku. Zamiast rozpoczynać od własnych obserwacji, wykorzystał archiwalne dane zgromadzone przez profesjonalne teleskopy. Analizował m.in. obrazy wykonane przez japoński teleskop Subaru na Hawajach oraz Canada-France-Hawaii Telescope.

Najpierw wykorzystał symulacje komputerowe, aby wytypować obszary, w których powinny występować poszukiwane galaktyki. Następnie analizował bardzo słabe obiekty na zdjęciach, sprawdzając ich budowę, jasność i prawdopodobne odległości.

Było to zadanie wymagające znacznie więcej, niż rozpoznania niewielkiej plamki na fotografii. Trzeba było ustalić, czy obserwowany obiekt rzeczywiście jest galaktyką karłowatą, a nie znacznie dalszą galaktyką widoczną przypadkowo w tym samym kierunku.

Shapiro opracował własne narzędzia do przetwarzania danych i porównywał wyniki z modelami ewolucji galaktyk. Jedną z trzech galaktyk niezależnie zidentyfikował również inny zespół badawczy.

W opublikowanym badaniu przedstawiono szacunkowe odległości odkrytych obiektów wynoszące od około 13 do 26 mln lat świetlnych od Ziemi. Wartości pozostają jednak obarczone sporą niepewnością, dlatego ich rzeczywiste położenie wymaga dokładniejszego ustalenia.

Najciekawsze wyjaśnienie opiera się na zjawisku określanym jako backsplash. Dotyczy ono niewielkich galaktyk, które w przeszłości zbliżyły się do znacznie masywniejszego obiektu, ale zamiast pozostać jego satelitami, ponownie oddaliły się na dużą odległość.

Podczas takiego spotkania galaktyka karłowata może zostać pozbawiona większości gazu. Przemieszczając się przez gorącą materię otaczającą większą galaktykę, doświadcza ciśnienia wywierającego wpływ na jej własny gaz. Jeżeli oddziaływanie jest dostatecznie silne, materia zostaje stopniowo usunięta.

Podobne procesy obserwowano już w galaktykach typu meduza, z których gorący gaz otoczenia wyrywa materię tworzącą długie smugi. W przypadku niewielkich galaktyk karłowatych utrata gazu może oznaczać zakończenie procesu narodzin gwiazd. Co jednak, jeśli taki obiekt nie zostanie na zawsze związany z większą galaktyką? Może przelecieć przez jej otoczenie, utracić gaz, a następnie przemieścić się daleko poza główną grupę jej satelitów.

Po milionach lub miliardach lat zobaczymy więc samotną, wygaszoną galaktykę. Jej obecny wygląd będzie konsekwencją dawnego spotkania, mimo że masywny sąsiad znajduje się już bardzo daleko. Właśnie taki scenariusz Shapiro proponuje dla odkrytych obiektów. Głównym podejrzanym jest M101, choć jedna z galaktyk może być również słabym satelitą innego układu, NGC 5585.

Istnienie tego typu galaktyk od dawna wynika z symulacji opartych na standardowym modelu kosmologicznym, uwzględniającym m.in. zimną ciemną materię. Model zakłada, że galaktyki rozwijają się wewnątrz ogromnych skupisk niewidzialnej materii, których grawitacja wpływa na ruch gwiazd, gazu i mniejszych galaktyk. W trakcie ewolucji część niewielkich obiektów zbliża się do większych układów, a następnie zostaje wyrzucona poza ich najbliższe otoczenie.

Na Spider’s Web opisywaliśmy już, jak niewidzialne skupiska ciemnej materii mogą zmieniać strukturę galaktyk karłowatych. Nowe odkrycie dotyczy innego aspektu tego samego problemu: wpływu otoczenia na dalsze losy najmniejszych galaktyk.

Zobacz także:

Jeżeli te trzy obiekty okażą się rzeczywiście galaktykami wyrzuconymi z otoczenia M101, to będzie to ważny argument na rzecz przewidywań współczesnych modeli. Ich istnienie sugerowałoby, że podobne procesy zachodzą również w stosunkowo spokojnych obszarach kosmosu.

Nie można jednak oczywiście mówić o ostatecznym rozwiązaniu zagadki. Alternatywne wyjaśnienie zakłada, że galaktyki mogły utracić gaz podczas przemieszczania się przez gęstsze fragmenty kosmicznej sieci materii, nawet bez bliskiego spotkania z M101.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI