Eerste sterrenstroom van een bolhoop ontdekt buiten de Melkweg

Hoe het werd gevonden in archiefdata van Hubble

De sterrenstroom werd opgemerkt in bestaande opnames van de Advanced Camera for Surveys (ACS) van de Hubble Ruimtetelescoop, die oorspronkelijk voor andere doeleinden waren gemaakt . Het onderzoeksteam doorzocht archiefdata op tekenen van verstoorde morfologie rond UGC 9050-Dw1 – een sterrenstelsel dat al bekend stond om zijn uitzonderlijke rijkdom aan bolhopen (ongeveer 52 ± 12 geïdentificeerd) en een getijdenpluim van eerdere interacties . Het team viel een langwerpige, dunne stellaire structuur op die zich uitstrekte vanaf een van de bolhopen van het sterrenstelsel, precies het kenmerk van een getijdenstroom . Catherine Fielder, astrofysicus aan de Northwestern University, was betrokken bij eerder werk dat de populatie bolhopen van het sterrenstelsel in kaart bracht .

UGC 9050-Dw1 is een ultra-diffuus sterrenstelsel (UDG), een type sterrenstelsel met een zeer lage oppervlaktehelderheid. Het herbergt een ongewoon groot aantal bolhopen – ongeveer 20% van het totale licht komt van deze dichte sterrenhopen .

Hoe sterrenstromen donkere materie in kaart brengen

De morfologie van een sterrenstroom – de breedte, kromming en eventuele gaten of kronkels in de lengte – geeft direct het zwaartekrachtsveld weer waar hij doorheen reist . Als donkere materie 'koud' en klonterig is, worden stromen verstoord door vele subhalo's met een lage massa, wat kenmerkende gaten en knikken veroorzaakt. Als donkere materie warm is of andere eigenschappen heeft, verandert de populatie subhalo's, wat leidt tot andere stroomvormen. Door de waargenomen stroom in UGC 9050-Dw1 te modelleren, is het team begonnen met het testen van donkere-materiemodellen op afstanden die voorheen onmogelijk waren .

Met behulp van een generatieve modelleermethode genaamd X-Stream heeft het team direct dynamische modellen aan de vorm van de stroom aangepast om de massa van de voorloper-bolhoop te bepalen en presenteerde het de eerste op een sterrenstroom gebaseerde halo-beperking voor een ultra-diffuus sterrenstelsel . Dit werk suggereert dat UGC 9050-Dw1 een donkere-materie halo met specifieke structurele eigenschappen bezit .

De aanstaande revolutie: Roman, Euclid en Rubin

Het team verwacht dat deze detectie nog maar het begin is. Aankomende missies zullen de jacht enorm uitbreiden:

• Nancy Grace Roman Ruimtetelescoop (NASA) – Met zijn 200-megapixel groothoekcamera kan Roman hele nabije sterrenstelsels in één opname in kaart brengen, waarbij dunne sterrenstromen worden opgelost waarvoor honderden Hubble-opnames nodig zouden zijn . Roman is specifiek ontworpen om sterrenstromen te bestuderen en naar verwachting tientallen sterrenstromen van bolhopen in externe sterrenstelsels te vinden . Een NASA Science-artikel merkt op dat Roman "een uitstekend instrument zal zijn voor het vinden van dunne sterrenstromen" buiten de Melkweg .
• Euclid (ESA) – Zijn brede optische en nabij-infrarood onderzoek zal extragalactische getijdenstructuren in kaart brengen over grote delen van de hemel, wat een aanvulling is op Romans diepere gerichte waarnemingen .
• Vera C. Rubin Observatorium (LSST) – Simulaties tonen aan dat LSST alleen al 1.000 of meer sterren kan waarnemen in 40 tot 100 sterrenstromen van bolhopen buiten de Melkweg .

Door de Europese Onderzoeksraad gefinancierde projecten zoals BeyondSTREAMS en EXTRADARK bereiden al de theoretische kaders voor die nodig zijn om de overvloed aan stroomdata van deze faciliteiten te interpreteren .

Samen zullen deze observatoria de handvol bekende extragalactische stromen omvormen tot een statistische steekproef, waardoor nauwkeurige donkere-materiemetingen mogelijk worden over een breed scala aan sterrenstelseltypen en omgevingen .