Astrofizycy odkryli fascynujące dowody, które rzucają nowe światło na procesy formowania się tych kosmicznych zagadek.
Ursa Major III to najsłabszy obiekt w naszej Galaktyce, krążący wokół Drogi Mlecznej w odległości ponad 30 000 lat świetlnych. Dotychczas uważano ją za galaktykę karłowatą, składającą się głównie z ciemnej materii ze względu na jej dużą masę. Jednak międzynarodowy zespół astrofizyków z Uniwersytetu w Bonn i Instytutu Studiów Zaawansowanych Nauk Podstawowych w Iranie znalazł dowody sugerujące, że Ursa Major III jest w rzeczywistości zwartą gromadą gwiazd z czarną dziurą w jądrze. Wyniki tych przełomowych badań zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Astrophysical Journal Letters.
Badania skupiają się na obiektach kosmicznych, które są trudne do jednoznacznego sklasyfikowania jako gromady gwiazd lub galaktyki karłowate. Obiekty te, orbitujące wokół Drogi Mlecznej w odległościach przekraczających 30 000 lat świetlnych, choć z wyglądu przypominają klasyczne gromady gwiazd, charakteryzują się niezwykle wysokim stosunkiem masy do jasności. Niektóre z nich są setki, a nawet tysiące razy masywniejsze niż typowe galaktyki karłowate. Ta anomalia doprowadziła do hipotezy, że zawierają one ogromne ilości ciemnej materii. Ani uznane modele ciemnej materii, ani alternatywne teorie nie były w stanie w zadowalający sposób wyjaśnić dokładnych przyczyn. Takie obiekty pośrednie są zatem uważane za 'gorący temat’ w astrofizyce i są przedmiotem intensywnych badań – powiedział doktorant i główny autor Ali Rostami-Shirazi z Irańskiego Instytutu Zaawansowanych Studiów Nauk Podstawowych.
Ursa Major III: Czy to ciemna gromada gwiazd? Nowe dowody
Ursa Major III to najsłabszy znany satelita Drogi Mlecznej. Te małe galaktyki towarzyszące dostarczają cennych wskazówek na temat powstania i składu naszej Galaktyki. Wcześniej uważana za ciemną galaktykę karłowatą – małą galaktykę, której masa składa się głównie z ciemnej materii – Ursa Major III okazała się być gromadą gwiazd. Symulacje przeprowadzone przez zespół badawczy sugerują, że Ursa Major III może być zwartą gromadą gwiazd, której grawitacja jest utrzymywana przez jądro z czarnych dziur i gwiazd neutronowych, a nie przez ciemną materię. Ciemne gromady gwiazd powstają, gdy oddziaływania grawitacyjne z Drogą Mleczną trwające miliardy lat usuwają zewnętrzne gwiazdy z gromady gwiazd – wyjaśnił prof. dr Hosein Haghi, który prowadził badania na Uniwersytecie w Bonn i jest związany z Irańskim Instytutem Zaawansowanych Studiów Nauk Podstawowych w Zanjan. Pozostaje ciemne, masywne jądro, które nie emituje żadnego światła. Według badań, efekt ten był wcześniej błędnie interpretowany jako dowód na istnienie ciemnej materii.
Weryfikacja hipotezy poprzez symulacje
Aby przetestować tę hipotezę, zespół badawczy przeprowadził symulację ewolucji Ursa Major III w kosmicznych skalach czasowych. Wykorzystując specjalne symulacje N-ciałowe, które z ogromną precyzją obliczają oddziaływania grawitacyjne tysięcy gwiazd, zespół zrekonstruował rozwój obecnej struktury Ursa Major III w czasie. Symulacje te opierają się na najnowszych danych obserwacyjnych, w tym ruchu orbitalnym i składzie chemicznym Ursa Major III.
Obliczenia zespołu badawczego pokazują, że obserwowany stan gromady Ursa Major III można wytłumaczyć gęstym jądrem z czarnych dziur, które utrzymują pozostałe gwiazdy razem grawitacyjnie, bez potrzeby obecności ciemnej materii. Nasza praca po raz pierwszy pokazuje, że te obiekty to najprawdopodobniej normalne gromady gwiazd – powiedział prof. Pavel Kroupa, członek zespołu Transdyscyplinarnych Obszarów Badawczych (TRA) Modelowanie i Materia na Uniwersytecie w Bonn. Te wyniki rozwiązują istotną zagadkę astrofizyki – dodał. Takie problemy można skutecznie rozwiązać dzięki odpowiedniemu podejściu do symulacji komputerowych, co powoduje zanik pozornie egzotycznych elementów w astrofizyce.
Zespół z Bonn uważa się za lidera w tej dziedzinie. Przez wiele lat opracowywali specjalistyczne metody numeryczne, pozwalające na szczegółowe odwzorowanie niezwykle złożonej dynamiki takich układów gwiazdowych. Kroupa powiedział: Nasze obecne wyniki stanowią podstawę do zrozumienia tajemniczych obiektów niebieskich, a jednocześnie otwierają nowe perspektywy dla badań galaktyk.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło: Uniwersytet Bonn
Na ilustracji: Ursa Major III/UNIONS 1 – starożytny, zwarty układ gwiazdowy składający się z około 60 gwiazd, którego niezwykle duża dyspersja prędkości wskazuje na obecność w gromadzie ukrytej materii o masie kilku tysięcy mas słonecznych. Źródło: CFHT/UNIONS/S.Gwyn
