První hvězdný proud z kulové hvězdokupy objevený mimo Mléčnou dráhu

Hvězdné proudy jsou dynamicky "chladné" struktury. Jejich tenký, koherentní tvar je extrémně citlivý na gravitační poruchy způsobené subhaly temné hmoty . Modelováním tvaru proudu mohou vědci odvodit geometrii a míru shlukování temného halo obklopujícího hostitelskou galaxii . To byl dříve mimo Místní skupinu galaxií nemožný úkol .

Jak byl proud nalezen v archivních datech Hubbleova teleskopu

Proud byl objeven ve starších snímcích z Hubbleova vesmírného teleskopu (Advanced Camera for Surveys), které byly původně pořízeny za zcela jiným účelem . Výzkumný tým prohledával archivní data a hledal známky narušené morfologie kolem galaxie UGC 9050-Dw1 . Tato galaxie je již dříve známá svým neobvykle vysokým počtem kulových hvězdokup (bylo jich identifikováno asi 52 ± 12) a také tím, že vykazuje slapový oblak z dřívějších interakcí . Vědci si nakonec všimli protáhlého, tenkého hvězdného útvaru, který se táhne od jedné z kulových hvězdokup galaxie – přesně to je typický podpis slapového proudu . Na dřívější práci charakterizující populaci kulových hvězdokup v této galaxii se podílela také astrofyzička Catherine Fielder z Northwestern University .

UGC 9050-Dw1 je ultra-difuzní galaxie (UDG) – typ galaxie s velmi nízkou povrchovou jasností. Je domovem neobvykle velkého počtu kulových hvězdokup; přibližně 20 % jejího celkového světla pochází právě z těchto hustých hvězdných kup .

Jak hvězdné proudy odhalují temnou hmotu

Morfologie hvězdného proudu – jeho šířka, zakřivení a případné mezery či zvlnění podél jeho délky – přímo kóduje gravitační pole, kterým prochází . Pokud je temná hmota "studená" a bohatá na malé shluky (subhaly), budou proudy těmito nízko-hmotnými subhaly narušovány, což vytvoří charakteristické mezery a zalomení. Pokud je temná hmota "teplá" nebo má jiné vlastnosti, populace subhal se mění, a tím i výsledný tvar proudů . Modelováním pozorovaného proudu v galaxii UGC 9050-Dw1 začal tým testovat modely temné hmoty na vzdálenosti, která byla dříve považována za nemožnou .

Pomocí generativního modelovacího přístupu nazvaného X-Stream tým přímo přizpůsobil dynamické modely tvaru proudu, aby určil hmotnost mateřské kulové hvězdokupy. Zároveň představil první omezení parametrů temného halo pro ultra-difuzní galaxii odvozené ze studia hvězdného proudu . Tato práce naznačuje, že UGC 9050-Dw1 vlastní temné halo s velmi specifickými strukturálními vlastnostmi .

Blížící se revoluce: Teleskopy Roman, Euclid a Rubin

Vědci očekávají, že tento objev je teprve začátek. Nadcházející mise dramaticky rozšíří možnosti průzkumu:

• Nancy Grace Roman Space Telescope (NASA) – Díky své širokoúhlé kameře s rozlišením 200 megapixelů dokáže Roman zachytit celé blízké galaxie na jediný snímek a rozlišit v nich tenké hvězdné proudy, k jejichž pokrytí by Hubble potřeboval stovky snímků . Roman je přímo navržen pro studium hvězdných proudů a předpokládá se, že objeví desítky proudů z kulových hvězdokup ve vnějších galaxiích . NASA ve svém článku uvádí, že Roman "bude vynikajícím nástrojem pro hledání tenkých hvězdných proudů" za hranicemi Mléčné dráhy .
• Euclid (ESA) – Jeho rozsáhlý optický a blízko-infračervený průzkum zmapuje mimogalaktické slapové útvary na velkých plochách oblohy a bude tak doplňovat Romanova hlubší, cílená pozorování .
• Vera C. Rubin Observatory (LSST) – Simulace ukazují, že samotný LSST by mohl pozorovat 1 000 a více hvězd ve 40–100 různých proudech z kulových hvězdokup mimo Mléčnou dráhu .

Evropská rada pro výzkum (ERC) již financuje projekty jako BeyondSTREAMS a EXTRADARK, které připravují teoretické rámce potřebné k interpretaci obrovského množství dat z těchto budoucích pozorování .

Společně tyto observatoře promění hrstku dnes známých mimogalaktických proudů ve statisticky významný vzorek, což umožní přesná měření temné hmoty v celé řadě galaktických typů a prostředí .