Visi žinome, kad galaktikos yra milžiniškos žvaigždžių sankaupos. Vis dėlto toks apibrėžimas nutyli svarbią detalę: galaktikose gausu ir dujų, dulkių, planetų, mėnulių, kometų, asteroidų bei, žinoma, tamsiosios materijos.
Tačiau egzistuoja ypatingas galaktikų tipas, kurį aptikti itin sudėtinga, nes jis beveik visas sudarytas iš tamsiosios materijos. Tai vadinamosios tamsiosios galaktikos – jose visai nėra žvaigždžių arba jų tėra labai mažai.
Mokslininkai jau seniai teoriškai svarstė, kad tokios galaktikos galėtų egzistuoti. Nors buvo aptikta itin mažo paviršinio ryškio galaktikų ir iškelti keli tamsiųjų galaktikų kandidatų variantai, patikimų įrodymų ilgą laiką vis dar trūko.
Naujausi tyrimai pristatė iki šiol stipriausią tamsiosios galaktikos kandidatę. Pagrindinis darbo autorius – Dayi (David) Li, Toronto universiteto statistikos ir astrofizikos podoktorantūros stažuotojas.
Kandidatė pavadinta CDG-2 – tai antrasis „tamsiosios galaktikos kandidatas“ (CDG-1 aptariama kituose moksliniuose darbuose). CDG-2 yra Persėjo galaktikų spiečiuje, maždaug už 300 milijonų šviesmečių nuo Žemės. Natūraliai kyla klausimas: jei ji tokia tamsi, kaip apskritai pavyko ją aptikti?
Atsakymas slypi kamuoliniuose spiečiuose. Dauguma galaktikų turi kamuolinių spiečių – tai sferinės, gravitaciškai surištos žvaigždžių sankaupos, kuriose gali būti milijonai žvaigždžių. Spiralinių galaktikų, tokių kaip mūsų Paukščių Takas, atveju jie dažniausiai išsidėstę galaktikos hale. Vis dėlto jų kilmė ir vaidmuo galaktikų evoliucijoje iki šiol nėra iki galo aiškūs.
Šiame tyrime panaudoti trys dideli teleskopai: NASA Hablo kosminis teleskopas, Europos kosmoso agentūros „Euclid“ kosminis teleskopas ir Japonijos „Subaru“ teleskopas. Mokslininkai ieškojo glaudžių kamuolinių spiečių grupių, kurios galėtų išduoti nematomos galaktikos buvimą. Hablo teleskopui Persėjo spiečiuje pavyko aptikti keturis arti vienas kito esančius kamuolinius spiečius.
Tuomet, pritaikius pažangius statistinės analizės metodus šių trijų teleskopų duomenims, aplink spiečius buvo užfiksuotas itin silpnas išplitęs švytėjimas. Tai laikoma stipriu požymiu, kad ten egzistuoja foninė galaktika, kurios pavienės žvaigždės yra per blankios, kad būtų išskiriamos atskirai.
„Tai pirmoji galaktika, aptikta vien remiantis jos kamuolinių spiečių populiacija“, – pabrėžia pagrindinis darbo autorius Li. Konservatyviai vertinant, keturi aptikti kamuoliniai spiečiai gali sudaryti visą CDG-2 kamuolinių spiečių populiaciją.
Jei ši prielaida teisinga, tyrėjai teigia, kad šie keturi spiečiai sudaro apie 16 procentų viso matomo galaktikos žvaigždžių turinio. Skaičiuojama, kad bendras CDG-2 šviesis prilygsta maždaug šešių milijonų į Saulę panašių žvaigždžių šviesiui.
Tyrėjų vertinimu, CDG-2 yra viena blankiausių žinomų galaktikų, turinčių su ja susijusių kamuolinių spiečių, o bent 16,6 procento jos šviesos sutelkta būtent šiuose spiečiuose.
Atsižvelgę į didelę tikimybę, kad keturi aptikti kamuoliniai spiečiai nėra atsitiktinė sankaupa, mokslininkai sujungė du Hablo teleskopo ACS kameros vaizdus („stacking“ metodu). Tai leido dar labiau sustiprinti ypač silpną signalą.
„Išplitusio švytėjimo forma HST ir „Euclid“ duomenyse praktiškai identiška“, – rašo tyrėjai. Jie daro išvadą, kad šio signalo negalima paaiškinti jokiais tikėtinais vaizdų apdorojimo ar matavimo artefaktais.
CDG-2 patvirtinimas vėl atkreipė dėmesį ir į pirmąją kandidatę – CDG-1. CDG-2 išplitęs švytėjimas gali padėti geriau suprasti, kokio signalo tikėtis ieškant panašių požymių CDG-1 atveju.
Mokslininkai svarsto, kad CDG-1 galėtų būti dar kraštutinesnė CDG-2 „porininkė“ – galaktika, kurioje praktiškai nebesusidaro žvaigždės už kamuolinių spiečių ribų, arba tokia, kurioje pirminiai kamuoliniai spiečiai beveik nebuvo suardyti. Dėl šios priežasties būtini tolesni, itin aukštos kokybės CDG-1 stebėjimai: ši galaktika gali pasirodyti esanti dar ekstremalesnė nei CDG-2.
Autoriai taip pat pažymi, kad CDG-1 gali tapti pirmuoju žinomu atveju, kai galaktika iš esmės yra vien tamsiosios materijos halas be žvaigždžių, išskyrus tas, kurios yra kamuoliniuose spiečiuose.
Kalbant apie CDG-2 kilmę, labiausiai tikėtina, kad Persėjo spiečiuje vykę sąveikos procesai su kitomis galaktikomis išplėšė iš jos dujas, iš kurių galėjo formuotis žvaigždės. Taip galėjo likti beveik vien tamsiosios materijos halas. Kamuoliniai spiečiai, būdami labai stipriai gravitaciškai surišti, geriau atlaiko potvynines jėgas, todėl gali būti paskutiniai išlikę pirminės žvaigždžių populiacijos pėdsakai.
Nors kamuolinių spiečių kilmė ir jų vaidmuo galaktikų evoliucijoje tebėra iki galo neatskleisti, šis tyrimas parodė jų didelę praktinę reikšmę astronomijoje: kamuolinių spiečių pasiskirstymas gali būti patikimas tamsiųjų galaktikų egzistavimo indikatorius.
