2015.05.19. - A gömbhalmazok sötét oldala

Az ESO VLT távcsőegyüttesével végzett spektroszkópiai észlelések alapján új típusú gömbhalmazokat fedeztek fel a Centaurus A óriásgalaxis körül, melyek tömege sokkal nagyobb, mint a normál társaiké.

A gömbhalmazok sok tízezer csillag által alkotott óriási, gömb alakú képződmények, amelyek a legtöbb galaxis körül megtalálhatók. Az univerzum legöregebb csillaghalmazai közé tartoznak, túlélték a galaxisok növekedésének és fejlődésének teljes időszakát. A kutatás vezetője, Matt Taylor (a Pontificia Universidad Catolica de Chile PhD hallgatója és az ESO ösztöndíjasa) magyarázata szerint a gömbhalmazok és csillagaik kulcsfontosságú szerepet játszanak a galaxisok kialakulásának és fejlődésének megértésében. A csillagászok évtizedeken keresztül úgy gondolták, hogy egy adott gömbhalmaz csillagai ugyanolyan korúak és kémiai összetételűek, ma már azonban tudjuk, hogy ennél furcsább és bonyolultabb képződmények.

A Centaurus A (NGC 5128) a Tejútrendszerhez legközelebbi óriás elliptikus galaxis, amely körül mintegy 2000 gömbhalmaz keringhet. Ezek közül sok fényesebb és jóval nagyobb tömegű, mint a Tejútrendszer körülbelül 150 ismert gömbhalmazának bármelyike. Taylor és munkatársai a Centaurus A gömbhalmazai közül 125 részletes vizsgálatát végezték el az ESO VLT távcsőegyüttesének FLAMES (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph) műszerével. Ilyen mélységben eddig csak a Lokális Csoport (galaxisok azon, több tucat tagot tartalmazó csoportja, amelybe a Tejútrendszer is tartozik) csillaghalmazait tanulmányozták, melyek estében a viszonylagos közelség lehetővé tette a tömegek közvetlen meghatározását. Az NGC 5128 egy nagy tömegű elliptikus galaxis tőlünk 12 millió fényévre, azaz már a Lokális Csoport határain túl, így VLT/FLAMES képességeinek kihasználásával Tayloréknak egy teljesen eltérő környezetben is sikerült megbecsülni a gömbhalmazok tömegét. A FLAMES által szolgáltatott színképi adatokból a halmazok csillagainak mozgására lehet következtetni, amelyet a halmaz gravitációs terének erőssége határoz meg, azt pedig a halmaz össztömege. Ezt az eljárás miatt dinamikai tömegnek hívjuk. A VLT teleszkópok 8,2 méter átmérőjű tükreinek fénygyűjtőképessége mellett az is alapvető fontosságú volt a vizsgálathoz szükséges adatok összegyűjtésében, hogy a FLAMES 100-nál is több halmazt tud észlelni párhuzamosan.

Az NGC 5128 (Centaurus A) a hozzánk legközelebbi óriás elliptikus galaxis, távolsága kb. 12 millió fényév. A galaxis körül felfedezett "sötét" gömbhalmazokat vörös, a normál gömbhalmazokat kék, míg a törpegalaxisokhoz hasonló tulajdonságokat mutatókat zöld kör jelöli. A sötét gömbhalmazok nagyon hasonlóan néznek ki a galaxis körül keringő többi halmazhoz, a tömegük azonban jóval nagyobb azokénál.
[ESO/Digitized Sky Survey / Davide de Martin]

Taylor és kollégái a FLAMES-megfigyelések alapján származtatott dinamikai tömegeket összevetették a gömbhalmazok fényességeivel. A felmérésben szereplő legtöbb halmaz esetében a várt eredményt kapták, azaz a fényesebbek nagyobb tömegűnek bizonyultak, mint a halványabbak: ha egy halmaz több csillagot tartalmaz, akkor nagyobb az összfényessége és így a teljes tömege is. Néhány esetben azonban érdekes eredményre jutottak. Találtak ugyanis olyan gömbhalmazokat, amelyek dinamikai tömege sokszorosa annak, mint ami a fényességükből következne. Még ennél is különösebb az, hogy minél nagyobb tömegűek ezek a szokatlan halmazok, annál nagyobb arányban tartalmaznak nem látható anyagot. Rejtőzködik valami ezekben a gömbhalmazokban, ami nagy tömegű és sötét. De mi lehet az?

A magyarázatra több lehetőség is adódik. A sötét halmazok talán fekete lyukakat vagy más sötét csillagmaradványokat tartalmaznak a magjukban. Ez kiadhatná a rejtett tömeg egy részét, de Taylorék szerint nem tudná teljes egészében megoldani a problémát. Kézenfekvőnek tűnhet a sötét anyag felvetése. A gömbhalmazokról úgy véljük, hogy mentesek ettől a misztikus szubsztanciától, de elképzelhető, hogy valamilyen ismeretlen okból néhány magjában jelentős mennyiség maradt vissza belőle. Ez magyarázná a megfigyeléseket, de nem illeszkedik az elfogadott elmélet keretei közé.

A kutatócsoport egyik tagja, Thomas Puzia (Pontificia Universidad Catolica de Chile) szerint a váratlanul nagy tömegű gömbhalmazok felfedezése arra utal, hogy ezen objektumoknak több fajtája is létezhet, eltérő keletkezési és fejlődési történettel. Úgy tűnik, hogy néhány halmaz pont úgy néz ki, mint az átlagos gömbhalmazok, a megtévesztő külső azonban teljesen mást takar. A sötét gömbhalmazok természete egyelőre rejtély, ezért a csoport egy nagyobb léptékű felmérést tervez, amelyben azt szeretnék kideríteni, hogy más galaxisokban is találhatók-e ilyen objektumok.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• eso1519 - Science Release