Ciemna strona gromad gwiazd

Galaktyka eliptyczna Centaurus A (NGC 5218). Zaznaczono gromady zbadane za pomocą teleskopu VLT. Niebieskim kolorem oznaczono normalne gromady kuliste, zielonym gromady o własnościach zbliżonych do galaktyk karłowatych, a czerwonym „ciemne gromady kuliste”.
ESO/Digitized Sky Survey. Acknowledgement: Davide de Martin.

Obserwacje wykonane za pomocą należącego do ESO teleskopu VLT w Chile doprowadziły do odkrycia nowej klasy “ciemnych” gromad kulistych gwiazd wokół olbrzymiej galaktyki Centaurus A. Te tajemnicze obiekty wyglądają podobnie do zwykłych gromad, ale zawierają znacznie więcej masy i mogą mieć także zaskakująco duże ilości ciemnej materii albo posiadać masywne czarne dziury – czego się nie spodziewano, ani nie wiadomo dlaczego tak jest.

Gromady kuliste są ogromnymi kulami tysięcy gwiazd, znajdującymi się na orbitach wokół większości galaktyk. Są jednymi z najstarszych znanych systemów gwiazdowych we Wszechświecie i przetrwały przez prawie cały okres wzrostu i ewolucji galaktyk.

Matt Taylor, doktorant na Pontificia Universidad Catolica de Chile, Santiago, Chile, oraz stypendysta ESO, jest głównym autorem nowych badań. Tak przedstawia temat: „Gromady kuliste i wchodzące w ich skład gwiazdy są kluczami do zrozumienia formowania się i ewolucji galaktyk. Przez dekady astronomowie sądzili, że gwiazdy, z których jest zbudowana konkretna gromada, wszystkie mają ten sam wiek i skład chemiczny – ale teraz wiemy, że to twory dziwniejsze i bardziej skomplikowane.”

Galaktyka eliptyczna Centaurus A (znana także jako NGC 5128) jest najbliższą gigantyczną galaktyką w stosunku do Drogi Mlecznej i może zawierać nawet 2000 gromad kulistych. Wiele z tych gromad jest jaśniejszych i bardziej masywnych niż około 150 gromad wokół Drogi Mlecznej.

Matt Taylor i jego zespół przeprowadzili najdokładniejsze badania próbki 125 gromad kulistych wokół Centaurus A, korzystając z instrumentu FLAMES na należącym do ESO Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) w Obserwatorium Paranal w Chile [1].

Następnie użyli swoich obserwacji do wydedukowania mas gromad [2] i porównania uzyskanych wyników z tym jak jasno każda z nich świeci.

W przypadku większości gromad w najnowszym badaniu, jaśniejsze mają większe masy, czyli tak jak się spodziewano – jeśli gromada zawiera więcej gwiazd, tym samym ma większą sumaryczną jasność i większą masę całkowitą. Ale niektóre z gromad pokazują coś dziwnego: są wiele razy masywniejsze niż na to wyglądają. Co jeszcze bardziej dziwne, im masywniejsza tak nietypowa gromada, tym większy odsetek jej materii jest ciemny. Coś w tych gromadach jest ciemne, ukryte i masywne. Ale co?

Jest kilka możliwości. Być może ciemne gromady zawierają w sobie czarne dziury, albo ciemne pozostałości gwiazdowe w swoich centrach. Może to być czynnik, który wyjaśnia część ukrytej masy, ale zespół dochodzi do wniosku, że to nie wszystko. A co z ciemną materią? Gromady kuliste są zwykle uważane za obiekty prawie pozbawione tej tajemniczej substancji, ale być może z nieznanego powodu w niektórych z gromad w ich jądrach pozostały znaczące skupiska ciemnej materii. To by tłumaczyło wyniki obserwacji, ale nie pasuje do konwencjonalnych teorii.

Współautor Thomas Puzia dodaje: “Nasze odkrycie gromad gwiazd o niespodziewanie dużych masach w stosunku do ilości gwiazd, które mogą zawierać, wskazuje, że może istnieć kilka rodzin gromad kulistych o różnej historii powstawania. Wyraźnie niektóre z gromad wyglądają i zachowują się jak nie wyróżniające się przedstawicielki tej grupy obiektów, a kryć się może w nich znacznie więcej niż widzą nasze oczy.”

Obiekty te pozostają tajemnicą. Zespół jest także zaangażowany w większy przegląd gromad kulistych w innych galaktykach i napotkał wskazówki sugerujące, że takie ciemne gromady mogą występować także w innych miejscach.

Matt Taylor podsumowuje sytuacje: „Natknęliśmy się na nową, tajemniczą klasę gromad gwiazd! To pokazuje, że ciągle musimy się dużo nauczyć na temat wszystkich aspektów powstawania gromad kulistych. Jest to ważny wynik i teraz potrzebujemy wyszukania kolejnych przykładów ciemnych gromad wokół galaktyk.”

Uwagi

[1] Do tej pory astronomowie badali gromady gwiazd tak szczegółowo jedynie w Grupie Lokalnej. Względnie małe odległości umożliwiają bezpośrednie pomiary ich mas. Patrząc na NGC 5128, która jest izolowaną, masywną galaktyką eliptyczną tuż poza Grupą Lokalną, odległą o około 12 milionów lat świetlnych, udało się oszacować masy gromad kulistych w zupełnie innym otoczeniu, dzięki wykorzystaniu VLT/FLAMES do granic możliwości.

[2] Obserwacje wykonane za pomocą FLAMES dostarczają informacji na temat ruchów gwiazd w gromadach. Te orbitalne informacje zależą od natężenia pola grawitacyjnego, można zatem na ich podstawie wydedukować masę gromady – astronomowie nazywają takie oszacowania masą dynamiczną. Zdolność gromadzenia światła przez 8,2-metrowe zwierciadło teleskopu VLT oraz możliwości FLAMES obserwowania ponad 100 gromad jednocześnie, były kluczowe w zbieraniu danych potrzebnych do badań.

Więcej informacji

Wyniki badań opisano w artykule pt. “Observational evidence for a dark side to NGC 5128’s globular cluster system”, M. Taylor et al., który ukaże się w Astrophysical Journal.

Skład zespołu badawczego: Matthew A. Taylor (Pontificia Universidad Catolica de Chile, Santiago, Chile; ESO, Santiago, Chile), Thomas H. Puzia (Pontificia Universidad Catolica de Chile), Matias Gomez (Universidad Andres Bello, Santiago, Chile) oraz Kristin A. Woodley (University of California, Santa Cruz, California, USA).

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1332