Som deras namn antyder, ultradiffusa galaxer, eller UDG, är dvärggalaxer vars stjärnor är utspridda över ett stort område, vilket resulterar i extremt låg ytljusstyrka, gör dem mycket svåra att upptäcka. Flera frågor om UDG förblir obesvarade:Hur blev dessa dvärgar så förlängda? Är deras mörka materia-glorier – gloriorna av osynlig materia som omger galaxerna – speciella?

Nu ett internationellt team av astronomer, leds av Laura Sales, en astronom vid University of California, Riverside, rapporterar in Natur astronomi att den har använt sofistikerade simuleringar för att upptäcka några "släckta" UDG i lågdensitetsmiljöer i universum. En släckt galax är en galax som inte bildar stjärnor.

"Vad vi har upptäckt är i strid med teorier om galaxbildning eftersom släckta dvärgar måste vara i kluster eller gruppmiljöer för att få bort sin gas och sluta bilda stjärnor, " sa försäljningen, en docent i fysik och astronomi. "Men de släckta UDGs vi upptäckt är isolerade. Vi kunde identifiera några av dessa släckta UDGs i fält och spåra deras utveckling bakåt i tiden för att visa att de har sitt ursprung i backsplash-banor."

Här, "i fältet" syftar på galaxer isolerade i tystare miljöer och inte i en grupp- eller klustermiljö. Sales förklarade att en backsplash-galax är ett objekt som ser ut som en isolerad galax idag men som tidigare var en satellit av ett mer massivt system – liknande en komet, som besöker vår sol med jämna mellanrum, men tillbringar större delen av sin resa i isolering, långt ifrån större delen av solsystemet.

"Isolerade galaxer och satellitgalaxer har olika egenskaper eftersom fysiken i deras evolution är helt annorlunda, " sa hon. "Dessa backsplash-galaxer är spännande eftersom de delar egenskaper med populationen av satelliter i systemet som de en gång tillhörde, men idag observeras de vara isolerade från systemet."

Dvärggalaxer är små galaxer som innehåller allt från 100 miljoner till några miljarder stjärnor. I kontrast, Vintergatan har 200 till 400 miljarder stjärnor. Medan alla UDG är dvärggalaxer, alla dvärggalaxer är inte UDG. Till exempel, vid liknande ljusstyrka, dvärgar visar ett mycket stort utbud av storlekar, från kompakt till diffus. UDG:er är slutändan av mest utsträckta objekt vid en given ljusstyrka. En UDG har stjärninnehållet av en dvärggalax, 10-100 gånger mindre än Vintergatan. Men dess storlek är jämförbar med Vintergatan, ger den den extremt låga ljusstyrkan som gör den speciell.

Sales förklarade att den mörka materiens halo i en dvärggalax har en massa som är minst 10 gånger mindre än Vintergatan, och storleken skalar på liknande sätt. UDGs, dock, bryt denna regel och visa en radiell förlängning som är jämförbar med den för mycket större galaxer.

"En av de populära teorierna för att förklara detta var att UDG är "misslyckade Vintergatan", betyder att de var avsedda att vara galaxer som vår egen Vintergatan men på något sätt misslyckades med att bilda stjärnor, " sa José A. Benavides, en doktorand vid Institutet för teoretisk och experimentell astronomi i Argentina och den första författaren till forskningsartikeln. "Vi vet nu att det här scenariot inte kan förklara alla UDG. Så teoretiska modeller uppstår där mer än en bildningsmekanism kanske kan bilda dessa ultradiffusa objekt."

Enligt försäljning, värdet av det nya verket är dubbelt. Först, simuleringen som forskarna använder, kallas TNG50, framgångsrikt förutspått UDG med egenskaper som liknar observerade UDG. Andra, forskarna hittade några få sällsynta släckta UDG för vilka de inte har någon formningsmekanism.

"Att använda TNG50 som en "tidsmaskin" för att se hur UDG:erna kom dit de är, vi fann att dessa objekt var satelliter för flera miljarder år tidigare, men de drevs ut i en väldigt elliptisk bana och ser isolerade ut idag, " Hon sa.

Forskarna rapporterar också att enligt deras simuleringar, släckta UDG kan vanligtvis utgöra 25 % av en ultradiffus population av galaxer. I observationer, dock, denna andel är mycket mindre.

"Detta betyder att många dvärggalaxer som lurar i mörkret kan ha förblivit oupptäckta för våra teleskop, " Vi hoppas att våra resultat kommer att inspirera till nya strategier för att kartlägga universum med låg ljusstyrka, vilket skulle möjliggöra en fullständig folkräkning av denna population av dvärggalaxer."

Studien är den första som löser den myriad av miljöer - från isolerade dvärgar till dvärgar i grupper och kluster - som är nödvändiga för att upptäcka UDG, och med tillräckligt hög upplösning för att studera deras morfologi och struktur.

Nästa, forskargruppen kommer att fortsätta sina studier av UDG i TNG50-simuleringar för att bättre förstå varför dessa galaxer är så utvidgade jämfört med andra dvärggalaxer med samma stjärninnehåll. Forskarna kommer att använda Keck-teleskopet på Hawaii, ett av de mest kraftfulla teleskopen i världen, att mäta halten mörk materia i UDGs i Jungfruklustret, den närmaste galaxhopen till jorden.

"Framtida teleskop, som Large Synoptic Survey Telescope eller Roman Space Telescope, komma online under de kommande fem till 10 åren med kapacitet att upptäcka många fler av dessa spännande UDG, " sa försäljningen.

Forskningsuppsatsen har titeln "Quiescent ultra-diffusa galaxer i fältet som härrör från backsplash orbits."