Pierwszy strumień gwiezdny z gromady kulistej odkryty poza Drogą Mleczną – otwiera nowe możliwości badania ciemnej materii

Jak go odkryto w archiwalnych danych Hubble'a

Strumień został zauważony na istniejących zdjęciach z Advanced Camera for Surveys (ACS) Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, które pierwotnie wykonano w innych celach . Zespół badawczy przeszukał archiwalne dane w poszukiwaniu oznak zaburzonej morfologii wokół UGC 9050-Dw1 – galaktyki znanej już z wyjątkowej liczby gromad kulistych (zidentyfikowano ich około 52 ± 12) oraz występowania pływowego pióropusza pozostałego po wcześniejszych interakcjach . Badacze zauważyli rozciągniętą, cienką strukturę gwiezdną odchodzącą od jednej z gromad kulistych galaktyki, co odpowiadało sygnaturze strumienia pływowego . Astrofizyczka Catherine Fielder z Northwestern University brała udział we wcześniejszych pracach charakteryzujących populację gromad kulistych tej galaktyki .

UGC 9050-Dw1 to galaktyka ultrarozproszona (UDG) – typ galaktyki o bardzo niskiej jasności powierzchniowej. Zawiera niezwykle dużą liczbę gromad kulistych: około 20% jej całkowitego światła pochodzi z tych gęstych gromad gwiazd .

Jak strumienie gwiezdne pomagają badać ciemną materię

Morfologia strumienia gwiezdnego – jego szerokość, krzywizna oraz wszelkie przerwy i załamania – bezpośrednio odzwierciedla pole grawitacyjne, przez które się porusza . Jeśli ciemna materia jest „zimna” i skupiona, strumienie będą zakłócane przez wiele niskomasywnych podhal, tworząc charakterystyczne przerwy i załamania. Jeśli ciemna materia jest ciepła lub ma inne właściwości, populacja podhal się zmienia, co skutkuje innym kształtem strumieni. Modelując zaobserwowany strumień w UGC 9050-Dw1, zespół rozpoczął testowanie modeli ciemnej materii na odległościach wcześniej niemożliwych .

Wykorzystując podejście oparte na modelowaniu generatywnym o nazwie X-Stream, zespół bezpośrednio dopasował modele dynamiczne do kształtu strumienia, aby określić masę macierzystej gromady kulistej, i przedstawił pierwsze oparte na strumieniu ograniczenie dotyczące halo dla galaktyki ultrarozproszonej . Prace te sugerują, że UGC 9050-Dw1 posiada halo ciemnej materii o określonych właściwościach strukturalnych .

Nadchodząca rewolucja: Roman, Euclid i Rubin

Zespół spodziewa się, że to odkrycie to dopiero początek. Nadchodzące misje kosmiczne znacznie zwiększą zakres poszukiwań:

• Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman (NASA) – Dzięki 200-megapikselowej kamerze o szerokim polu widzenia będzie mógł zbadać całe pobliskie galaktyki na jednym zdjęciu, rejestrując cienkie strumienie gwiezdne, których pokrycie wymagałoby setek zdjęć z Hubble'a . Roman jest specjalnie zaprojektowany do badania strumieni gwiezdnych i przewiduje się, że odkryje dziesiątki takich struktur w innych galaktykach . W artykule NASA Science podkreślono, że teleskop ten „będzie doskonałym narzędziem do znajdowania cienkich strumieni gwiezdnych” poza Drogą Mleczną .
• Euclid (ESA) – Jego szeroki przegląd w świetle optycznym i bliskiej podczerwieni pozwoli na mapowanie pozagalaktycznych struktur pływowych na dużych obszarach nieba, uzupełniając głębsze, celowane obserwacje Romana .
• Obserwatorium Vera C. Rubin (LSST) – Symulacje pokazują, że samo LSST będzie w stanie obserwować 1000 lub więcej gwiazd w 40–100 strumieniach z gromad kulistych poza Drogą Mleczną .

Finansowane przez Europejską Radę ds. Badań (ERC) projekty BeyondSTREAMS i EXTRADARK już przygotowują ramy teoretyczne niezbędne do interpretacji bogactwa danych o strumieniach, które napłyną z tych obserwatoriów w najbliższych latach .

Wspólnie te obserwatoria przekształcą garstkę znanych pozagalaktycznych strumieni w próbkę statystyczną, umożliwiając precyzyjne pomiary ciemnej materii w szerokim zakresie typów galaktyk i środowisk .