Obserwacje gromad kulistych w skrajnie rozproszonej galaktyce

Najnowsze badania pokazują, w jaki sposób gromady kuliste w skrajnie rozproszonej galaktyce znalazły się tam, gdzie są i co może nam to powiedzieć o halo ciemnej materii w tej galaktyce.

NGC 1052-DF2 jest przykładem skrajnie rozproszonej galaktyki pozbawionej typowych struktur galaktycznych, takich jak ramiona spiralne czy zgrubienie centralne. NGC 1052-DF2 nie posiada większości ciemnej materii, ale inne skrajnie rozproszone galaktyki mogą znajdować się w masywnych halo z ciemnej materii. Źródło: NASA, ESA, and P. van Dokkum (Yale University).

Skrajnie rozproszone galaktyki są wielkości normalnych galaktyk, ale są znacznie słabsze, a wiele z nich zawiera niezwykłą ilość gromad kulistych. Najnowsze badania pokazują, w jaki sposób gromady kuliste w jednej z takich galaktyk znalazły się tam, gdzie są – i co to może nam powiedzieć o halo ciemnej materii w tej galaktyce.

Obfite gromady
Obserwacje z ostatnich kilku lat dały początek licznym teoriom na temat ewolucji skrajnie rozproszonych galaktyk, a układ gromad kulistych tych galaktyk – gromad kulistych zawierających setki tysięcy gwiazd – może stanowić użyteczny test tych teorii. Poprzednie badania skrajnie rozproszonej galaktyki NGC 5846-DF2 (UDG1), wykazały, że posiada ona wyjątkową kolekcję gromad kulistych jak na galaktykę o jej rozmiarach: badacze znaleźli 54 gromady kandydackie, z których 11 zostało potwierdzonych spektroskopowo.

Populacja gromad kulistych w UDG1 jest również godna uwagi, ponieważ jej najjaśniejsze gromady są skupione w pobliżu centrum galaktyki. Układ ten raczej nie jest przypadkowy – co odpowiada za rozkład gromad kulistych w UDG1?

Wpływ sił tarcia
Zespół kierowany przez Nitsana Bara (Weizmann Institute of Science, Izrael) postawił hipotezę, że najjaśniejsze i najbardziej masywne gromady kuliste będą naturalnie migrować do centrum UDG1 z powodu grawitacyjnego tarcia dynamicznego. Tarcie dynamiczne nie jest tym samym co tarcie, które pozwala nam ogrzać zziębnięte dłonie poprzez pocieranie ich o siebie; tarcie dynamiczne powstaje, gdy obiekty oddziałują grawitacyjnie i tracą w tym procesie nieco swojego pędu. W przypadku UDG1, tarcie dynamiczne powinno powodować opadanie gromad kulistych w kierunku centrum galaktyki, a ponieważ najbardziej masywne gromady powinny doświadczać największego tarcia, powinny znajdować się najbliżej centrum.

Aby zaprezentować tę hipotezę, Bar i współpracownicy najpierw użyli prostych wyrażeń matematycznych, aby obliczyć, gdzie gromady kuliste o różnych masach znajdowały by się w UDG1, gdyby działało tarcie dynamiczne. Nawet bez uchwycenia niuansów układu, te proste obliczenia dość dobrze pasowały do obserwacji, co sugeruje, że tarcie dynamiczne odgrywa ważną rolę w UDG1.

Test rozkładów ciemnej materii
Jako kolejny test, zespół przeprowadził szczegółowe symulacje numeryczne, rozpraszając gromady kuliste równomiernie w galaktyce podobnej do UDG1 i pozwalając im dryfować przez 10 miliardów lat pod wpływem tarcia dynamicznego, łączenia się gromad i utraty masy. Symulacje te wykazały, że tarcie dynamiczne mogło spowodować migrację gromad kulistych na ich obecne pozycje, prawdopodobnie z początkowego układu nieco bardziej rozproszonego niż obecny.

Bar i współautorzy pracy badali również efekty zmiany sposobu dystrybucji masy w halo UDG1, co mogłoby dać wskazówki co do rozkładu ciemnej materii w tej rozproszonej galaktyce. Zespół stwierdził, że UDG1 może znajdować się w masywnym halo z ciemnej materii, co odróżniałoby ją od innych skrajnie rozproszonych galaktyk, które są prawie całkowicie pozbawione ciemnej materii.

Pozostaje jeszcze wiele do zrobienia, a kwestia ciemnej materii UDG1 nie jest jeszcze rozstrzygnięta. Autorzy sugerują nowe możliwości zarówno badań teoretycznych, jak i obserwacyjnych: ulepszone symulacje powstawania gromad kulistych mogą udoskonalić wyniki modelowe, a przyszłe dane z Vera Rubin Observatory i Nancy Grace Roman Space Telescope powinny określić najsłabsze gromady kuliste w skrajnie rozproszonych galaktykach.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Czarna dziura wyrzuca gwiezdne szczątki

Ujawniono ogólną strukturę gwiazdy neutronowej

Teleskop Webba wykonał swoje pierwsze zdjęcie egzoplanety