Astronomai suglumę: Visatoje aptiktas tamsiosios materijos debesis, siejamas su galaktika

Jam suteiktas pavadinimas „Debesis-9“ (Cloud-9). Tai paslaptingas objektas maždaug už 14,3 mln. šviesmečių nuo Žemės, netoli spiralinių formų galaktikos M94. Atrodo, kad šiame debesyje visiškai nėra žvaigždžių. Vietoje to jis daugiausia sudarytas iš tamsiosios materijos, gaubiančios vandenilio dujų debesį, lyg vaiduoklis tvyrantį kosmėje.

„Šis debesis yra langas į tamsiąją Visatą“, – sako astronomas Andrew Foxas iš Kosminių teleskopų mokslo instituto.

„Iš teorijos žinome, kad dauguma Visatos masės turėtų būti tamsioji materija, tačiau ją labai sunku aptikti, nes ji nespinduliuoja šviesos. ‘Debesis-9’ suteikia mums retą progą pažvelgti į debesį, kuriame dominuoja tamsioji materija.“

Paslaptingasis „Debesis-9“

Įprastai, nepaisant didelės formų ir dydžių įvairovės, galaktikos turi tam tikrą pagrindinių „ingredientų“ rinkinį: žvaigždes, dujas ir tamsiosios materijos halą, kuris suteikia didžiąją dalį gravitacijos.

Nors tiksliai nežinome, kaip formuojasi galaktikos, manoma, kad tamsiosios materijos halas yra esminis jų formavimosi elementas. Jį galima įsivaizduoti kaip nematomą gravitacijos „gumlą“, laikantį viską kartu. Mes dar nežinome, iš ko ši masė sudaryta, todėl ją vadiname tamsiąja materija. Tačiau be jos Visata, tikėtina, būtų išsiskaidžiusi chaotiška masė, o ne struktūruotos galaktikos.

Pagal galaktikų formavimosi modelius, tamsiosios materijos sankaupos susidaro anksti ir sukuria gravitacinę „kišenę“, kuri traukia normaliają materiją – pavyzdžiui, neutralias vandenilio dujas (H I). Šios pamažu gali sutankėti tiek, kad pradėtų formuotis žvaigždės.

Atradimas radijo bangomis

„Debesis-9“ pirmą kartą aptiktas radijo bangų apžvalgoje, ieškant neutralaus vandenilio naudojant Kinijoje esantį 500 metrų apertūros sferinį teleskopą (FAST). Objektas pastebėtas netoli M94 galaktikos, dar vadinamos „Katės akies“ galaktika.

Neutralaus vandenilio būsena yra labai reikšminga: ji rodo, kad dujos yra santykinai vėsios, kompaktiškos ir gravitaciškai surištos. Taip pat tai reiškia, kad jos nebuvo jonizuotos plačiai paplitusios ultravioletinės spinduliuotės, sklindančios iš žvaigždžių ir galaktikų.

Pagal 2023 m. astronomų darbą šis objektas gali būti vadinamasis rejonizacijos ribotas H I debesis (RELHIC) – gravitaciškai surišto neutralaus vandenilio ir tamsiosios materijos sankaupa, kurios tankis dar nepasiekė žvaigždžių formavimosi slenksčio.

Tokius objektus seniai prognozavo ankstyvosios Visatos skaitmeniniai modeliai, tačiau juos itin sunku aptikti. Manoma, kad dauguma tokių debesų ilgainiui praranda dujas arba yra supainiojami su žvaigždžių liekanomis ar arčiau esančiais dujų debesimis, todėl astronomai turi labai nedaug aiškių pavyzdžių detalesniems tyrimams.

Vis dėlto pradiniai FAST stebėjimai nebuvo pakankamai detalūs, kad leistų vienareikšmiškai patvirtinti objekto prigimtį. Pavyzdžiui, panašus debesis FAST J0139+4328 pasižymi silpnu žvaigždžių kiekiu ir stipriu sukimosi signalu – tai leidžia manyti, kad jis nėra toks „pirmapradis“ kaip RELHIC tipo objektas.

Išsamūs stebėjimai – radijas ir optika

Astronomų komanda, kuriai vadovavo Gagandeepas Anandas iš Kosminių teleskopų mokslo instituto, atliko papildomus stebėjimus naudodami Nacionalinio mokslo fondo Grin Banko teleskopą ir „Very Large Array“ radijo teleskopų masyvą JAV. Taip jie siekė tiksliau ištirti neutralaus vandenilio pasiskirstymą „Debesyje-9“.

Tyrimai parodė, kad „Debesį-9“ sudaro tanki, beveik sferinė neutralaus vandenilio sankaupa, maždaug 4 900 šviesmečių skersmens. Šių dujų masė prilygsta maždaug milijonui Saulės masių, o pats debesis nesirodo besisukąs. Tuo pat metu apskaičiuota, kad tamsiosios materijos masė, reikalinga šiam debesiui sutelkti ir išlaikyti pusiausvyrą, yra apie 5 milijardai Saulės masių.

Be to, mokslininkai pasitelkė Hablo kosminį teleskopą giliems optiniams stebėjimams. Jei „Debesyje-9“ būtų daugiau nei kelios tūkstančiai Saulės masių žvaigždžių, Hablui turėjo pavykti jas aptikti. Tačiau jis nieko neužfiksavo.

Remdamasi stebėjimų gilumu, komanda galėjo atmesti net ir labai silpną nykštukinę galaktiką, panašią į Leo T – vieną blankiausių dujomis turtingų galaktikų vietinėje Visatoje. Jei „Debesis-9“ išvis turi žvaigždžių, jų gali būti tik kelių tūkstančių Saulių masės ekvivalentas.

„Tai pasakojimas apie ‘nepavykusią’ galaktiką“, – sako astronomas Alejandro Benitezas-Llambay iš Milano-Bicocca universiteto Italijoje. „Moksluose dažnai daugiau sužinome iš nesėkmių nei iš sėkmių. Šiuo atveju būtent žvaigždžių nebuvimas patvirtina teoriją. Tai rodo, kad vietinėje Visatoje radome pirminį galaktikos statybinį bloką, kuris taip ir nesugebėjo susiformuoti į pilnavertę galaktiką.“

RELHIC riboje tarp sėkmės ir nesėkmės

Egzistuoja ir daugiau potencialių RELHIC kandidatų. Pavyzdžiui, objektas J0613+52 taip pat gali būti tokio tipo debesis, nors jo atstumas nustatomas labai sunkiai. „Debesį-9“ daro ypatingu tai, kad jis atitinka visus teorinius kriterijus: neturi žvaigždžių, nesuka aiškaus sukimosi ir, dėl artumo M94 galaktikai, jo atstumas yra gerai žinomas.

Dėl šių savybių „Debesis-9“ yra patikimiausias iki šiol rastas RELHIC tipo objektas. Ateityje jis galbūt galėtų virsti tikra galaktika, tačiau šiuo metu tai – itin reta galaktikų formavimosi relikvija, suteikianti vertingos informacijos apie tai, kaip kadaise struktūravosi Visata.

Mokslininkų išvada: šis objektas greičiausiai yra vienas iš nedaugelio RELHIC debesų, esančių ant ribos tarp nesėkmingo ir sėkmingo galaktikos susiformavimo. Kad ir kokia būtų jo galutinė prigimtis, „Debesis-9“ išsiskiria iš visų iki šiol aptiktų tamsių, dujomis turtingų objektų.