Visi žinome, kad galaktikos yra milžiniškos žvaigždžių sankaupos. Tai paprastas apibrėžimas, nutylintis, jog galaktikose taip pat yra dujų, dulkių, planetų, mėnulių, kometų, asteroidų ir, žinoma, tamsiosios materijos.
Tačiau egzistuoja ypatingas galaktikų tipas, kuris beveik visas sudarytas iš tamsiosios materijos ir todėl itin sunkiai aptinkamas. Tai vadinamosios tamsiosios galaktikos – jose iš viso nėra žvaigždžių arba jų yra tik labai mažai.
Mokslininkai jau seniai teoriniu lygmeniu svarstė apie tokių galaktikų egzistavimą. Buvo aptiktos labai mažo paviršinio ryškio galaktikos, taip pat keli galimi tamsiųjų galaktikų kandidatai, tačiau įrodymų vis dar trūko.
Naujiausi tyrimai atskleidė iki šiol stipriausią tamsiosios galaktikos kandidatę. Pagrindinis darbo autorius – Dayi (David) Li, Toronto universiteto statistikos ir astrofizikos podoktorantūros stažuotojas.
Ši kandidatė pavadinta CDG-2 – tai antrasis „tamsiosios galaktikos kandidatas“ (angl. Candidate Dark Galaxy 2; CDG-1 aprašoma kituose moksliniuose darbuose). CDG-2 yra Persėjo galaktikų spiečiuje, maždaug už 300 milijonų šviesmečių nuo Žemės. Kyla natūralus 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. Jų kilmė bei vaidmuo galaktikų evoliucijoje vis dar nėra iki galo aiškūs.
Šiame tyrime buvo panaudoti trys didieji 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. Hablui pavyko aptikti keturis arti vienas kito esančius kamuolinius spiečius Persėjo spiečiuje.
Tuomet, pritaikius pažangius statistinės analizės metodus šių trijų teleskopų duomenims, aplink kamuolinius spiečius buvo užfiksuotas itin silpnas švytėjimas. Šis švytėjimas – labai stiprus požymis, kad egzistuoja foninė galaktika, kurios pavienės žvaigždės yra per silpnos, kad būtų atskirai išskiriamos.
„Tai pirmoji galaktika, aptikta vien remiantis jos kamuolinių spiečių populiacija“, – nurodo 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 CDG-2 bendras šviesis prilygsta maždaug šešių milijonų Saulės tipo žvaigždžių šviesiui.
Tyrėjų teigimu, CDG-2 yra viena blankiausių žinomų galaktikų, turinčių susijusių kamuolinių spiečių, o bent 16,6 procento jos šviesos yra sukaupta būtent šiuose spiečiuose.
Atsižvelgę į didelę tikimybę, kad keturi aptikti kamuoliniai spiečiai nėra atsitiktinė jų sankaupa, mokslininkai sujungė (angl. „stacking“) du Hablo teleskopo ACS kamerų vaizdus. Taip pavyko dar labiau sustiprinti ypač silpną spinduliavimą.
„Išplitusio švytėjimo forma HST ir „Euclid“ duomenyse praktiškai identiška“, – rašo tyrėjai. Jie daro išvadą, kad šis signalas negali būti paaiškintas jokiais galimais vaizdų apdorojimo ar matavimo artefaktais.
CDG-2 patvirtinimas iškart vėl atkreipė dėmesį į pirmąją kandidatę – CDG-1. CDG-2 išplitęs švytėjimas gali padėti geriau suprasti, ko tikėtis ieškant panašaus signalo iš CDG-1.
Mokslininkai svarsto, kad CDG-1 galėtų būti dar kraštutinė CDG-2 „dvejetė“ – galaktika, kurioje praktiškai nebesusidaro žvaigždės už kamuolinių spiečių ribų arba kurioje pirminiai kamuoliniai spiečiai beveik nesuardyti. Dėl šios priežasties būtini tolimesni ir itin aukštos kokybės CDG-1 stebėjimai – ši galaktika gali pasirodyti esanti dar ekstremalesnė už CDG-2.
Autoriai taip pat pažymi, kad CDG-1 gali tapti pirmuoju žinomu atveju, kai galaktika faktiškai yra vien tamsiosios materijos halas be žvaigždžių, išskyrus kamuoliniuose spiečiuose esančias.
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 liko 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 vaidmuo galaktikų evoliucijoje tebėra ne iki galo išaiškinti, šis tyrimas parodė, kad jie turi didelę praktinę reikšmę astronomijoje – jų pasiskirstymas gali būti patikimas tamsiųjų galaktikų egzistavimo indikatorius.
