Γαλαξία αποτελούμενο κατά 99,9% από σκοτεινή ύλη εντόπισε το τηλεσκόπιο Hubble

Αστρονόμοι εντόπισαν έναν γαλαξία τόσο αμυδρό, που είναι σχεδόν αόρατος – και η ανακάλυψη αυτή μπορεί να ρίξει φως σε μία από τις πιο αινιγματικές ουσίες του σύμπαντος: τη σκοτεινή ύλη.

Ο γαλαξίας, που πήρε την ονομασία CDG-2 (Candidate Dark Galaxy-2, δηλαδή Υποψήφιος Σκοτεινός Γαλαξίας 2), εντοπίστηκε με το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και οι ερευνητές εκτιμούν ότι αποτελείται κατά τουλάχιστον 99,9% από σκοτεινή ύλη.

Αν το αποτέλεσμα επιβεβαιωθεί με πρόσθετες παρατηρήσεις, ο CDG-2 θα είναι ένας από τους γαλαξίες με τη μεγαλύτερη συγκέντρωση σκοτεινής ύλης που έχουν βρεθεί ποτέ.

Η σκοτεινή ύλη κυριαρχεί στο Σύμπαν: είναι περίπου πέντε φορές πιο άφθονη από την κανονική ύλη, από την οποία αποτελούνται τα άστρα, οι πλανήτες και κάθε τι ορατό – αλλά είναι αόρατη και δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ άμεσα. Η ύπαρξή της συνάγεται από τη βαρυτική της επίδραση στην κανονική συνηθισμένη ύλη, καθώς λειτουργεί σαν κόλλα που κρατά το σύμπαν ενωμένο.

Τι είναι οι σκοτεινοί γαλαξίες

Οι περισσότεροι γαλαξίες, ανάμεσά τους και ο δικός μας, είναι ήδη πλούσιοι σε σκοτεινή ύλη. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όμως, η αναλογία σκοτεινής προς κανονική ύλη γίνεται τόσο ακραία ώστε ο γαλαξίας μένει με ελάχιστα άστρα, εμφανίζεται εξαιρετικά αχνός και δύσκολα ανιχνεύσιμος. Αυτά τα αντικείμενα είναι γνωστά ως «γαλαξίες χαμηλής επιφανειακής λαμπρότητας», με χιλιάδες καταγραφές από τότε που ανακαλύφθηκε ο πρώτος, τη δεκαετία του 1980.

Ο CDG-2, σε απόσταση περίπου 300 εκατομμυρίων ετών φωτός, φαίνεται να βρίσκεται στο ακραίο άκρο αυτής της κατηγορίας και ίσως ανήκει σε μια υποθετική υποομάδα που αποκαλείται «σκοτεινοί γαλαξίες»: συστήματα που πιστεύεται ότι περιέχουν ελάχιστα ή καθόλου άστρα.

«Οι γαλαξίες χαμηλής επιφανειακής λαμπρότητας είναι πολύ αμυδροί, αλλά υπάρχει ακόμη λίγο φως που προέρχεται από αυτούς», εξήγησε στο CNNi ο Dayi Li, μεταδιδακτορικός ερευνητής στη στατιστική και την αστροφυσική στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο και επικεφαλής της σχετικής μελέτης που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό The Astrophysical Journal Letters. «Άλλά ένας σκοτεινός γαλαξίας βρίσκεται στο άκρο αυτού του φάσματος, όπου ουσιαστικά δεν υπάρχει κανένα είδος αμυδρού φωτός ή δομής που θα περίμενε κανείς από έναν τυπικό γαλαξία».

Όπως σημειώνει ο Li, δεν υπάρχει αυστηρός ορισμός για τους σκοτεινούς γαλαξίες, όμως η ύπαρξή τους προβλέπεται από θεωρίες σκοτεινής ύλης και κοσμολογικές προσομοιώσεις. Το πού ακριβώς χαράσσεται το όριο ως προς το πόσα άστρα πρέπει να διαθέτουν παραμένει ασαφές. «Για να είμαι τεχνικά σωστός, ο CDG-2 είναι ένας σχεδόν σκοτεινός γαλαξίας», είπε. «Η σημασία του είναι ότι μας σπρώχνει πολύ πιο κοντά σε αυτό το πραγματικά σκοτεινό καθεστώς, ενώ προηγουμένως δεν πιστεύαμε ότι μπορούσε να υπάρχει ένας τόσο αμυδρός γαλαξίας».

Πώς εντοπίστηκε ο CDG-2

Για να τον εντοπίσουν, οι ερευνητές συνδύασαν δεδομένα από τρία τηλεσκόπια — το Hubble της NASA, το διαστημικό τηλεσκόπιο Ευκλείδης (Euclid) του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) και το επίγειο Subaru στη Χαβάη — και χρησιμοποίησαν μια διαφορετική προσέγγιση: αναζήτησαν σφαιρωτά σμήνη.

«Πρόκειται για πυκνές, σφαιρικές συγκεντρώσεις πολύ παλιών άστρων, απομεινάρια της πρώτης γενιάς αστρογένεσης», εξηγεί ο Li. Τα σφαιρωτά σμήνη μπορεί να είναι φωτεινά ακόμη κι όταν ο γαλαξίας γύρω τους είναι σχεδόν αόρατος, ενώ παρατηρήσεις έχουν δείξει σχέση ανάμεσα στην παρουσία τους και την ποσότητα σκοτεινής ύλης ενός γαλαξία.

Η ομάδα εντόπισε τέσσερα τέτοια σμήνη στο Σμήνος του Περσέα, μια τεράστια συστάδα χιλιάδων γαλαξιών μέσα σε νέφος αερίου, από τα πιο ογκώδη αντικείμενα στο Σύμπαν. Στη συνέχεια, βρήκε μια αχνή άλω γύρω από τα σμήνη, ένδειξη ότι υπάρχει εκεί ένας γαλαξίας. Εφόσον τα άστρα του CDG-2 είναι ελάχιστα, οι επιστήμονες υποθέτουν ότι η «μάζα» που απαιτείται για να συγκρατούνται τα σμήνη στη θέση τους προέρχεται κυρίως από σκοτεινή ύλη.

Πώς σχηματίστηκε

Αλλά πώς καταλήγει ένας γαλαξίας με λίγα ή καθόλου αστέρια και κυρίως σκοτεινή ύλη; Η επικρατέστερη ερμηνεία, σύμφωνα με τον Li, είναι ότι αφού σχηματίστηκαν τα σφαιρωτά σμήνη στα πρώιμα στάδια της ιστορίας του CDG-2, γειτονικοί, μεγαλύτεροι γαλαξίες τού αφαίρεσαν το υδρογόνο αέριο που θα τροφοδοτούσε τη δημιουργία νέων άστρων. «Το υλικό που χρειαζόταν για να συνεχίσει να σχηματίζει άστρα δεν υπήρχε πια, οπότε έμεινε ουσιαστικά μόνο με μια άλω σκοτεινής ύλης και τα τέσσερα σφαιρωτά σμήνη», είπε.

Ως αποτέλεσμα, ο CDG-2 έχει μόλις το 0,005% της φωτεινότητας του Γαλαξία μας. «Σε όρους αστρικού φωτός, είναι περίπου 6 εκατομμύρια φορές πιο φωτεινός από τον Ήλιο.

Η φωτεινότητα του δικού μας γαλαξία είναι περίπου 20 δισεκατομμύρια φορές εκείνη του Ήλιου», σημείωσε ο Li. Κατά τον ίδιο, η αναζήτηση σφαιρωτών σμηνών θα μπορούσε να αποτελέσει «μια εντελώς νέα μέθοδο» για τον εντοπισμό τέτοιων πιθανώς σκοτεινών γαλαξιών, οι οποίοι ενδέχεται να υπάρχουν σε αφθονία, αν και απαιτούνται περισσότερες παρατηρήσεις για να προσδιοριστούν οι φυσικές ιδιότητες του CDG-2 και να επιβεβαιωθεί πόση σκοτεινή ύλη περιέχει – κάτι που, όπως είπε, θα μπορούσε να επιτευχθεί με το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb.