Toată lumea știe că galaxiile sunt colecții enorme de stele. O singură galaxie poate conține sute de miliarde din ele. Există însă un tip de galaxie care nu are stele. Așa este: zero stele.
Aceste galaxii sunt numite galaxii întunecate sau galaxii cu materie întunecată. Și mai degrabă decât constând din stele, ele constau în mare parte din materie întunecată. Teoria prezice că ar trebui să existe multe dintre aceste galaxii întunecate pitice în haloul din jurul galaxiilor „obișnuite”, dar găsirea lor a fost dificilă.
Acum, într-o nouă lucrare care va fi publicată în Astrophysical Journal, Yashar Hezaveh de la Universitatea Stanford din California și echipa sa de colegi, anunță descoperirea unui astfel de obiect. Echipa a folosit capabilități îmbunătățite ale tabloului de milimetru mare Atacamas pentru a examina un inel al lui Einstein, denumit așa pentru că teoria lui Einstein despre relativitatea generală a prezis fenomenul cu mult înainte de a fi observat.
Un inel Einstein este atunci când gravitatea masivă a unui obiect apropiat denaturează lumina de un obiect mult mai îndepărtat. Ele funcționează la fel ca obiectivul la un telescop sau chiar o pereche de ochelari. Masa sticlei din lentilă direcționează lumina de intrare, astfel încât obiectele îndepărtate sunt lărgite.
Inele Einstein și lentile gravitaționale permit astronomilor să studieze obiecte extrem de îndepărtate, privindu-le printr-o lentilă gravitațională. De asemenea, ei permit astronomilor să învețe mai multe despre galaxia care acționează ca lentilă, ceea ce s-a întâmplat în acest caz.
Dacă o lentilă de sticlă ar avea pete mici de apă, acele pete ar adăuga o cantitate mică de distorsiune imaginii. Asta s-a întâmplat în acest caz, cu excepția picăturilor microscopice de apă pe un obiectiv, denaturarea a fost cauzată de minusculele galaxii pitice constând în materie întunecată. „Putem găsi aceste obiecte invizibile în același mod în care puteți vedea picături de ploaie pe o fereastră. Știți că sunt acolo pentru că denaturează imaginea obiectelor de fundal ”, a explicat Hezaveh. Diferența este că apa distorsionează lumina prin refracție, în timp ce materia distorsionează lumina prin gravitație.
Pe măsură ce instalația ALMA și-a mărit rezoluția, astronomii au studiat diferite obiecte astronomice pentru a-i testa capacitățile. Unul dintre aceste obiecte a fost SDP81, lentila gravitațională din imaginea de mai sus. În timp ce examinau galaxia mai îndepărtată care a fost detectată de SDP81, au descoperit distorsiuni mai mici în inelul galaxiei îndepărtate. Hezaveh și echipa sa concluzionează că aceste distorsiuni semnalează prezența unei galaxii întunecate pitice.
Dar de ce contează toate acestea? Pentru că există o problemă în Univers, sau cel puțin în înțelegerea noastră; o problemă a lipsei de masă.
Înțelegerea noastră despre formarea structurii Universului este destul de solidă, cel puțin la scară mai mare. Predicțiile bazate pe acest model sunt de acord cu observațiile despre fundalul cu microunde cosmic (CMB) și pe gruparea galaxiilor. Înțelegerea noastră se descompune oarecum când vine vorba de structura la scară mai mică a Universului.
Un exemplu din lipsa noastră de înțelegere în acest domeniu este ceea ce este cunoscut sub numele de problema satelitului care lipsește. Teoria prezice că ar trebui să existe o populație mare din ceea ce se numesc obiecte sub-halo în haloul de materii întunecate care înconjoară galaxii. Aceste obiecte pot varia de la lucruri la fel de mari precum Norii Magellanici până la obiecte mult mai mici. În observațiile grupului local, există un deficit pronunțat al acestor obiecte, în tonul unui factor de 10, în comparație cu predicțiile teoretice.
Deoarece nu i-am găsit, trebuie să se întâmple unul dintre cele două lucruri: fie ne descurcăm mai bine, fie modificăm teoria noastră. Dar pare puțin prea curând să modificăm teoriile noastre despre structura Universului, deoarece nu am găsit ceva care, prin natura sa, este greu de găsit. Acesta este motivul pentru care acest anunț este atât de important.
Observarea și identificarea uneia dintre aceste galaxii întunecate pitice ar trebui să deschidă ușa către mai multe. Odată găsite, putem începe să construim un model de populație și distribuție a acestora. Așadar, dacă în viitor se vor găsi mai multe dintre aceste galaxii întunecate pitice, aceasta va confirma treptat înțelegerea noastră excesivă a formării și structurii Universului. Și va însemna că suntem pe drumul cel bun atunci când vine vorba despre înțelegerea rolului materiei întunecate în Univers. Dacă nu le găsim, iar cea legată de halo-ul SDP81 se dovedește a fi o anomalie, teoretic, ne întoarcem la tabloul de desen.
A fost nevoie de multă putere pentru a detecta Dwarf Dark Galaxy legată de SDP81. Inelele Einstein precum SDP81 trebuie să aibă o masă enormă pentru a exercita un efect de lentila gravitațională, în timp ce galaxiile întunecate pitice sunt mici în comparație. Este o problemă clasică „ac într-o căpăstru”, iar Hezaveh și echipa sa au avut nevoie de putere masivă de calcul pentru a analiza datele de la ALMA.
ALMA și metodologia dezvoltată de Hezaveh și echipa vor arunca mai multă lumină asupra galaxiilor întunecate de pitici în viitor. Echipa consideră că ALMA are un potențial mare de a descoperi mai multe dintre aceste obiecte halo, ceea ce ar trebui, la rândul său, să îmbunătățească înțelegerea noastră despre structura Universului. După cum spun ei în concluzia lucrării lor, „… observațiile ALMA au potențialul de a avansa semnificativ înțelegerea noastră despre abundența substructurii de materie întunecată.”
