Vi bor i en storstadsgalax. Vintergatan är så stor att den har satellitgalaxer som kretsar runt den, precis som månen kretsar runt jorden. Dessa arrangemang berättar mycket om universums hemligheter – från hur galaxer bildas till mörk materias mystiska natur.

Två nya studier har avslöjat mer och mer om dessa "gruppgalaxer" runt Vintergatan, inklusive bevis på att stora satellitgalaxer kan ta med sig sina egna små satelliter när de sugs in i omloppsbana runt Vintergatan. Forskare har också extraherat information om halos av mörk materia som omger dessa galaxer, samt en förutsägelse att vår hemgalax skulle vara värd för ytterligare 100 eller så mycket svaga satellitgalaxer som väntar på upptäckt.

Forskningen, leds av University of Chicago Asst. Prof. Alex Drlica-Wagner i samarbete med forskare från SLAC National Accelerator Laboratory och University of Wisconsin-Madison, publicerades i aprilupplagan av the Astrofysisk tidskrift . Den förlitar sig mycket på data från Dark Energy Survey, ett banbrytande försök att kartlägga himlen ledd av Fermi National Accelerator Laboratory och University of Chicago.

"The Dark Energy Survey-data ger oss oöverträffad känslighet för de minsta, äldst, och de flesta mörkmateriadominerade galaxer, ", sa Drlica-Wagner. "Dessa svaga galaxer kan lära oss mycket om hur stjärnor och galaxer bildas."

Lysande galaxers ljus på mörk materia

Astronomer har länge vetat att Vintergatan har satellitgalaxer - inklusive det anmärkningsvärda Stora Magellanska molnet, som kan observeras med blotta ögat på södra halvklotet - men tack vare undersökningar med stora teleskop, listan över kända satelliter har ökat till cirka 60 under de senaste två decennierna.

Dessa galaxer berättar mycket om kosmos, inklusive hur mycket mörk materia som krävs för att bilda en galax, hur många satellitgalaxer vi kan förvänta oss att hitta runt Vintergatan, och om galaxer kan föra sina egna satelliter i omloppsbana runt vår egen – en nyckelförutsägelse av den mest populära modellen av mörk materia. (Svaret på den sista frågan verkar vara ett rungande "ja").

"Vi ville noggrant svara på frågan:Vilken är den svagaste galaxen som våra teleskop kan upptäcka?" sa Drlica-Wagner.

För att svara på denna fråga, de simulerade över en miljon små satellitgalaxer, bäddade in dem i stora astronomiska datamängder, och använde sina sökalgoritmer för att försöka extrahera dem igen. Detta gjorde det möjligt för dem att avgöra vilka galaxer som kunde detekteras och vilka som var för svaga för nuvarande teleskop. De kombinerade sedan denna information med stora numeriska simuleringar av mörk materia-klustring för att förutsäga den totala populationen av satelliter runt Vintergatan (inklusive både de som vi kan se, och de som vi inte kan).

Resultatet var en förutsägelse att omkring 100 fler galaxer återstår att upptäcka som kretsar kring Vintergatan. Om de "saknade" 100 galaxerna upptäcks, detta skulle hjälpa till att bekräfta forskarnas modell som kopplar samman mörk materia och galaxbildning.

"En av de mest spännande sakerna med det här arbetet är att vi kommer att kunna använda våra mätningar av satellitgalaxer för att förstå mikroskopiska egenskaper hos mörk materia, " sa Drlica-Wagner.

Den ledande modellen för mörk materia är att det är en subatomär partikel, som en elektron eller en proton, som bildades i det tidiga universum. Om dessa partiklar av mörk materia var mycket ljusa, de kunde ha haft mycket hög hastighet, vilket skulle göra det svårt för mörk materia att klumpa ihop sig och bilda de galaxer som vi ser idag. Således, genom att observera ett stort antal små galaxer, det är möjligt att sätta en nedre gräns för hur mycket massa en mörk materiepartikel kan ha, sa forskarna.

"Partikelnaturen hos mörk materia kan ha observerbara konsekvenser för de galaxer som vi ser, sa Drlica-Wagner.