Kísértet-galaxisokat leplezett le a Hubble

A csillagászok sokáig nem értették, hogy a Tejút környezetében felfedezett rendkívül halvány galaxisok miért rendelkeznek annyira kevés csillaggal. Korábban több elmélet is igyekezett magyarázatot adni a csillagok hiányára. Egyesek a belső dinamikával magyarázták az esetet, mások szerint a galaxisok egyszerűen csak túl keveset használtak fel a rendelkezésükre álló gázokból. Nemrég azonban két újonnan felfedezett kísértet-galaxis esetében a földi megfigyelések azt bizonyították, hogy kizárólag ősi csillagokból állnak.

Ezek a csillagokban szegény halmazok elvileg a világegyetem legkisebb, legidősebb és legérintetlenebb galaxisai, amiket az elmúlt évtized során fedeztek fel automatizált számítógépes technikákkal. A gépesített módszer a Sloan Digital Sky Survey felvételeit fésülte át, a csillagászoknak azonban szükségük volt a Hubble Űrtávcsőre is, hogy megfejtsék a kísértet-galaxisok titkát. A Hubble hat ilyen galaxist vizsgált meg, melyből három elemzése már befejeződött, és az adatokból megállapítást nyert, hogy a csillagok születési ideje megegyezik.

Mindhárom galaxisnál több mint 13 milliárd évvel ezelőtt, az ősrobbanást követő első évmilliárdban kezdődött a csillagképződés, majd hirtelen megszakadt a folyamat. A galaxismaradványok egy átmeneti fázis bizonyítékai, ami a korai univerzumban leállította a csillagok kialakulását a kis galaxisokban. "Ezek mind ősi galaxisok, melyek egykorúak, és valami - akár egy guillotine - az összes galaxisnál egy időben elvágta a csillagformálódást" - összegzett Tom Brown, a baltimore-i Űrtávcső Tudományi Intézet kutatója, a tanulmány vezetője. "A legvalószínűbb magyarázat a reionizáció"


A reionizáció, vagyis a világegyetem újraionizálódása az ősrobbanást követő első milliárd évben kezdődött, ami során az első csillagok sugárzása elektronokat ütött ki a kezdeti hidrogén atomokból, ionizálva a hideg hidrogén gázt. A folyamat átlátszóvá tette a hidrogén gázt az ultraibolya sugárzás számára, megnyitva az utat a galaxisok fejlődése előtt.

A sors iróniája, hogy ugyanaz a sugárzás, ami elindította a világegyetem reionizációját, elfojtotta a kisebb törpegalaxisok csillagképző tevékenységét. A Brown tanulmányában szereplő kis, szabálytalan galaxisok körülbelül 100 millió évvel a reionizáció beindulása előtt születtek, és éppen csak megkezdték a csillagok termelését. Nagyobb rokonaikkal ellentétben ezek az apró galaxisok nem voltak elég nagy tömegűek ahhoz, hogy megvédjék csillagaikat a kíméletlen ultraibolya fénytől. Kevés gázukat elsöpörte a rájuk zúduló ultraibolya sugárzás, gázkészlet híján pedig a galaxisok nem tudtak újabb csillagokat létrehozni.

A felfedezés segít megmagyarázni az úgynevezett "hiányzó kísérő galaxisok problémát", melyben csupán pár tucat törpegalaxist észleltek a Tejút körül, miközben a számítógépes szimulációk szerint ma is több ezernek kellene léteznie. Az egyik lehetséges magyarázat szerint egészen minimális csillag formálódás zajlott le a legkisebb törpegalaxisokban, ami megnehezíti az észlelésüket. Ezt erősítette meg a Sloan felmérés, ami több mint egy tucat ilyen csillaghiányos galaxist tárt fel a Tejút szomszédságában, miközben csak az égbolt egynegyedét tapogatta le. A csillagászok szerint a fennmaradó háromnegyed rész több tucat ugyanilyen objektumot tartalmaz, amiket ultra-halvány törpegalaxisnak neveztek el.


A Földtől 500.000 fényévre elhelyezkedő Leo IV egyike a Hubble által vizsgált ultra-halvány törpegalaxisoknak
Mindez összevetve Brown elfojtott csillagformálódással kapcsolatos bizonyítékaival arra utal, hogy valóban több ezer galaxis van, amiben gyakorlatilag egyetlen csillag sem alakult ki, vagyis a szimulációk helytállóak lennének, csak a reionizáció kis galaxisokra gyakorolt hatása kimaradt a formulából. "A megfigyelt törpék csillagképződési történetének mérésével a Hubble megerősített azokat a korábbi elméleti feltevéseket, melyek szerint a legkisebb halmazok csillagképződését leállította a reionizáció" - mondta Jason Tumlinson, Brow csapatának tagja. "Ezek a világegyetem legkorábbi galaxisainak őskövületei. Nem változtak az évmilliárdok alatt. Nem hasonlítanak a hosszú csillagképződési történelemmel rendelkező szomszédos galaxisokra" - tette hozzá Brown.

A kísértet-galaxisok csillag populációja néhány száztól néhány ezerig terjed, akadnak a Napnál halványabb és fényesebb csillagok is a kínálatban. Bár csillagokban nem, sötét anyagban azonban nagyon is bővelkednek. A Tejút közelében elhelyezkedő törpegalaxisok tízszer annyi sötét anyagot tartalmaznak, mint hagyományos anyagot. Az ultra-halvány törpegalaxisokban ez az arány legalább százszoros. "A tanulmányunkban szereplő kis galaxisok főként sötét anyagból állnak, mivel hidrogén gázuk ionizálódott, kikapcsolva a csillagokat" - magyarázta Brown.