Durch die Kombination von Daten des DESI Legacy Imaging Surveys und des Gemini South-Teleskops haben Astronomen drei ultraschwache Zwerggalaxien untersucht, die sich in einer Region des Weltraums befinden, die vom Umwelteinfluss größerer Objekte isoliert ist. Es wurde festgestellt, dass die Galaxien, die sich in Richtung von NGC 300 befinden, nur sehr alte Sterne enthalten, was die Theorie stützt, dass Ereignisse im frühen Universum die Sternentstehung in den kleinsten Galaxien abbrechen.
Ultraschwache Zwerggalaxien sind die schwächste Art von Galaxien im Universum. Diese kleinen diffusen Strukturen enthalten normalerweise nur ein paar hundert bis tausend Sterne – verglichen mit den Hunderten von Milliarden, aus denen die Milchstraße besteht – und verstecken sich normalerweise unauffällig zwischen den vielen helleren Bewohnern des Himmels. Aus diesem Grund hatten Astronomen bisher das größte Glück, sie in der Nähe unserer eigenen Milchstraßengalaxie zu finden.
Dies stellt jedoch ein Problem für ihr Verständnis dar; Die Gravitationskräfte und die heiße Korona der Milchstraße können den Zwerggalaxien das Gas entziehen und ihre natürliche Entwicklung beeinträchtigen. Darüber hinaus werden ultraschwache Zwerggalaxien weiter draußen jenseits der Milchstraße zunehmend zu diffus und unauflösbar, als dass Astronomen und herkömmliche Computeralgorithmen sie erkennen könnten.
Aus diesem Grund war eine manuelle Augensuche durch den Astronomen David Sand von der University of Arizona erforderlich, um drei schwache und ultralichtschwache Zwerggalaxien zu entdecken, die sich in Richtung der Spiralgalaxie NGC 300 und des Sternbildes Sculptor befinden. „Es war während der Pandemie“ erinnert sich Sand. „Ich habe ferngesehen und durchgeblättert DESI Legacy Survey ViewerIch konzentrierte mich auf Himmelsbereiche, von denen ich wusste, dass sie vorher noch nicht durchsucht wurden. Es hat ein paar Stunden lässiger Suche gedauert, und dann bumm! Sie sind einfach herausgesprungen.
Die von Sand entdeckten Bilder wurden für die DECam Legacy Survey (DECaLS) aufgenommen, eine von drei öffentlichen Umfragen, bekannt als DESI Legacy Imaging Surveys (1), die gemeinsam 14.000 Quadratgrad des Himmels abbildeten, um Ziele für das laufende Dark Energy Spectroscopic zu liefern Instrumentenumfrage (DESI). DECals wurde mit der vom US-Energieministerium hergestellten Dark Energy Camera (DECam) mit 570 Megapixeln durchgeführt, die am Víctor M. Blanco 4-Meter-Teleskop der US National Science Foundation (NSF) am Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) in Chile montiert ist , ein Programm von NSF NOIRLab.
Die Sculptor-Galaxien, wie sie in der Arbeit genannt werden, gehören zu den ersten ultraschwachen Zwerggalaxien, die in einer unberührten, isolierten Umgebung gefunden wurden, die frei vom Einfluss der Milchstraße oder anderer großer Strukturen ist. Um die Galaxien weiter zu untersuchen, nutzten Sand und sein Team das Gemini South-Teleskop, eine Hälfte des International Gemini Observatory, das teilweise von der NSF finanziert und vom NSF NOIRLab betrieben wird. Die Ergebnisse ihrer Studie werden in einem Artikel vorgestellt, der in erscheint Die astrophysikalischen Tagebuchbriefesowie auf einer Pressekonferenz beim AAS 245-Treffen in National Harbor, Maryland.
Der Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) von Gemini South hat alle drei Galaxien in exquisiten Details erfasst. Eine Analyse der Daten zeigte, dass sie scheinbar kein Gas enthalten und nur sehr alte Sterne enthalten, was darauf hindeutet, dass ihre Sternentstehung vor langer Zeit unterdrückt wurde. Dies untermauert bestehende Theorien, dass ultraschwache Zwerggalaxien stellare „Geisterstädte“ sind, in denen die Sternentstehung im frühen Universum unterbrochen wurde.
Genau das würden Astronomen von solch winzigen Objekten erwarten. Gas ist der entscheidende Rohstoff, der benötigt wird, um einen neuen Stern zu verschmelzen und zu verschmelzen. Aber ultraschwache Zwerggalaxien haben einfach zu wenig Schwerkraft, um diese überaus wichtige Zutat festzuhalten, und sie geht leicht verloren, wenn sie von dem dynamischen Universum, zu dem sie gehören, in Mitleidenschaft gezogen werden.
Aber die Sculptor-Galaxien sind weit entfernt von größeren Galaxien, was bedeutet, dass ihr Gas nicht von riesigen Nachbarn entfernt werden konnte. Eine alternative Erklärung ist ein Ereignis namens „Epoche der Reionisierung“ – eine Zeitspanne nicht lange nach dem Urknall, als hochenergetische ultraviolette Photonen den Kosmos erfüllten und möglicherweise das Gas in den kleinsten Galaxien zum Kochen brachten. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass einige der frühesten Sterne in den Zwerggalaxien energiereiche Supernova-Explosionen erlebten, die Auswurf mit bis zu 35 Millionen Kilometern pro Stunde (ungefähr 20 Millionen Meilen pro Stunde) ausstießen und das Gas von innen aus ihren eigenen Wirten herausdrückten.
Wenn Reionisierung dafür verantwortlich ist, würden diese Galaxien ein Fenster zur Erforschung des sehr frühen Universums öffnen. „Wir wissen nicht, wie stark oder gleichmäßig dieser Reionisierungseffekt ist“, erklärt Sand. „Es könnte sein, dass die Reionisierung lückenhaft ist und nicht überall gleichzeitig auftritt. Wir haben drei dieser Galaxien gefunden, aber das reicht nicht. Es wäre schön, wenn wir Hunderte davon hätten. Wenn wir wüssten, welcher Anteil betroffen ist.“ Durch Reionisierung würde uns das etwas über das frühe Universum sagen, das sonst nur sehr schwer zu erforschen wäre.“
„Die Epoche der Reionisierung verbindet möglicherweise die aktuelle Tagesstruktur aller Galaxien mit der frühesten Strukturbildung auf kosmologischer Skala.“ sagt Martin Still, NSF-Programmdirektor für das International Gemini Observatory. „Die DESI Legacy Surveys und detaillierte Folgebeobachtungen von Gemini ermöglichen es Wissenschaftlern, forensische Archäologie durchzuführen, um die Natur des Universums und seine Entwicklung zu seinem aktuellen Zustand zu verstehen.“
Um die Suche nach weiteren ultralichtschwachen Zwerggalaxien zu beschleunigen, nutzen Sand und sein Team die Sculptor-Galaxien, um ein künstliches Intelligenzsystem namens neuronales Netzwerk darauf zu trainieren, weitere zu identifizieren. Die Hoffnung besteht darin, dass dieses Tool in der Lage sein wird, Entdeckungen zu automatisieren und zu beschleunigen und einen viel umfangreicheren Datensatz bereitzustellen, aus dem Astronomen fundiertere Schlussfolgerungen ziehen können.
Notizen
(1) Die DESI Legacy Imaging Surveys-Daten werden der astronomischen Gemeinschaft über das Astro Data Lab im Community Science and Data Center (CSDC) von NSF NOIRLab zur Verfügung gestellt.
