Een kosmische botsing had twee donkere materieloze sterrenstelsels kunnen veroorzaken

[univers]

Astronomen verbinden de stippen tussen twee vreemde dubbelganger-sterrenstelsels en onthullen wat een reeks galactische parels zou kunnen zijn die 8 miljard jaar geleden bij een kosmische botsing zijn ontstaan.


Hubble maakte 40 banen van 90 minuten om deze diepe afbeelding van NGC 1052-DF2 te maken, het eerste van de donkere materieloze sterrenstelsels die werd ontdekt.
Pieter van Dokkum et al. / Natuur 2022

In 2018 en 2019 rapporteerde een team onder leiding van Pieter van Dokkum (Yale University) de ontdekking van twee dwergsterrenstelsels (genaamd DF2 en DF4) die geen donkere materie leken te bevatten. De aankondiging bracht astronomen voor een raadsel, omdat men denkt dat donkere materie de zwaartekracht levert die gewone materie nodig heeft om sterrenstelsels te vormen. Melkwegstelsels met een tekort aan donkere materie lijken dat speelboek niet te volgen.

Er volgden verhitte discussies , aangezien sommige anderen suggereerden dat de afstanden tot de sterrenstelsels misschien verkeerd waren gemeten. Maar te midden van de controverse, wat relatief onopgemerkt bleef, was hoe gelijk DF2 en DF4 werkelijk zijn. Ze zijn vergelijkbaar in grootte, helderheid, morfologie en snelheidsspreiding, en beide bevatten een eigenaardige populatie van zeer lichtgevende bolhopen. Cruciaal is dat, ervan uitgaande dat de afstanden correct zijn, ze ook in dezelfde buurt liggen: het gebied rond een helder elliptisch sterrenstelsel dat bekend staat als NGC 1052.

TWEELINGEN GEBOREN IN EEN GALACTISCHE BOTSING
In Nature van 19 mei vraagt ​​het team van Van Dokkum of DF2 en DF4 meer zijn dan alleen dubbelgangers. Zouden ze een tweeling kunnen zijn die uit dezelfde kosmische moeder is geboren? "Ik begon met de veronderstelling dat het zeer onwaarschijnlijk is dat deze sterrenstelsels niets met elkaar te maken hebben", zegt Van Dokkum. "Ze zijn allebei uniek in het universum, behalve hun tweelingzus, die toevallig in dezelfde groep leeft."

Vroeg in de analyse klokten de onderzoekers de twee sterrenstelsels terwijl ze met hoge snelheden van elkaar wegrenden. Met behulp van hun huidige gezichtslijnposities en snelheden, en de geschatte leeftijd van DF2, traceerde het team hun posities terug in de tijd naar een gemeenschappelijke oorsprong. Vervolgens construeerde het team, rekening houdend met de bijzondere eigenschappen van de sterrenstelsels, een scenario voor hun vorming op basis van eerdere computersimulaties .


Een scenario voor hoe DF2, DF4 en andere mogelijk donkere materie-deficiënte sterrenstelsels zo'n 8 miljard jaar geleden in één enkele gebeurtenis werden geboren. Een invallend gasrijk sterrenstelsel op een ongebonden baan (voorloper 1) botst met een satellietstelsel van NGC 1052 (voorloper 2), waarbij twee donkere overblijfselen achterblijven (mogelijk RCP 32 en DF7), DF2 en DF4, en drie tot zeven andere donkere sterrenstelsels. materievrije sterrenstelsels.
P. van Dokkum (Yale University)

In dit scenario botste een satellietstelsel van NGC 1052 zo'n 8 miljard jaar geleden met een ander ongebonden sterrenstelsel. De betrokken sterren en donkere materie glipten langs elkaar heen en wisselden slechts zwak met elkaar door de zwaartekracht. Maar de hogesnelheidsbotsing comprimeerde en vertraagde het gas van de sterrenstelsels.

“Het gas werd aaneengeregen tot een hele hoop klonten die vervolgens, onder hun eigen zwaartekracht, instortten en nieuwe sterrenstelsels vormden zonder donkere materie, omdat de donkere materie verloren ging”, legt Van Dokkum uit. Volgens dit oorsprongsverhaal zouden andere sterrenstelsels met een gebrek aan donkere materie in de buurt zichtbaar kunnen zijn, en een lijn vormen tussen DF2 en DF4 als een parelsnoer. En hoe zit het met de door donkere materie gedomineerde overblijfselen van de twee sterrenstelsels? De macht ligt aan de uiteinden van de snaar.

Het team doorzocht de catalogus van sterrenstelsels rond NGC 1052 en vond 11 opgesteld zoals voorspeld, waaronder DF2 en DF4. Aan de uiteinden, voorbij DF2 en DF4, bevinden zich twee eigenaardige sterrenstelsels: RCP 32 en DF7. Dit kunnen de ontbrekende overblijfselen zijn van de oorspronkelijke botsing.


Een overzichtsopname van het NGC 1052-gebied, met de nadruk op 11 sterrenstelsels die een reeks galactische parels vormen die mogelijk zijn gevormd na een enkele botsing zo'n 8 miljard jaar geleden. Ook gemarkeerd is DF9, een sterrenstelsel dat lijkt te zijn op de string maar geen deel uitmaakte van het monster.
P. van Dokkum (Yale University)

Hoewel Van Dokkum erkent dat de voorouderlijke identiteit van RCP 32 en DF7 enigszins speculatief is, meent hij dat de waargenomen parelsnoer laat zien dat deze sterrenstelsels, afgezien van een paar potentiële indringers, op zijn minst op de een of andere manier verwant zijn en een gemeenschappelijke oorsprong zouden kunnen hebben.

KOSMISCHE AFSTEMMING OF TOEVAL?
"De nieuwe resultaten bieden een zeer interessant en mooi scenario om het lage/null-gehalte aan donkere materie van DF2 en DF4 te verklaren", zegt Pavel Mancera Piña (ASTRON en Rijksuniversiteit Groningen), die niet bij het onderzoek betrokken was. Piña heeft nog zes kandidaten voor sterrenstelsels met een tekort aan donkere materie ontdekt , zij het met andere eigenschappen dan DF2 en DF4. "Ik denk dat we iets met meer zekerheid kunnen zeggen zodra de afstand, radiale snelheden en totale massa van meer sterrenstelsels in de buurt van het spoor van DF2 en DF4 zijn verkregen."

Michelle Collins (Universiteit van Surrey, VK) is eveneens voorzichtig. "Voor mij komt het over als een leuk idee, maar met een aantal belangrijke problemen", zegt ze. "Een daarvan is dat ze aannemen dat deze 11 systemen in een lijn allemaal zijn gekoppeld aan NGC 1052."

Volgens hun posities aan de hemel bevindt de lijn van 11 dwergstelsels zich in de buurt van drie andere grote sterrenstelsels. De spiraal NGC 1035, bijvoorbeeld, ligt direct op het pad, maar is veel dichter bij ons dan NGC 1052. Aangezien een andere groep heeft beweerd dat NGC 1035 aan DF4 trekt , had Collins graag een aanvullende analyse gezien waarin de potentiële invloed van deze andere grote sterrenstelsels "om mensen ervan te overtuigen dat het niet alleen een toevallige overlapping van de gezichtslijn is, een soort sterrenbeeld."

Waar Collins, Mancera Piña en Van Dokkum het wel over eens zijn, is dat het voorgestelde botsingsscenario om uit te leggen hoe DF2 en DF4 zijn gevormd, in principe eenvoudig te testen is. Het team van Van Dokkum is van plan een leger krachtige telescopen op deze 11 sterrenstelsels te richten om de kwestie voor eens en voor altijd op te lossen.

Instrumenten op de grond, zoals de Very Large Telescope in Chili en de Keck Telescope op Mauna Kea, Hawaï, zullen de radiale snelheden van de sterrenstelsels meten. Hubble zal snapshots maken van elk van de 11 sterrenstelsels om vast te stellen of ze allemaal de thuisbasis zijn van lichtgevende bolvormige sterrenhopen zoals DF2 en DF4, en van Dokkum heeft extra tijd aangevraagd op de eerbiedwaardige ruimtetelescoop om ook de afstanden van de sterrenstelsels te meten.

Ten slotte hoopt Van Dokkum tijd te krijgen met de James Webb Space Telescope om de massa's van de twee sterrenstelsels RCP 32 en DF7 aan de uiteinden van de galactische parelsnoer te meten: “Dat is een soort heilige graal, want dan vinden we misschien waar de donkere materie zit in dit hele systeem.”

https://skyandtelescope.org/astronomy-n ... -galaxies/