Ett internationellt team ledd av forskare från Tohoku University har hittat en extremt svag dvärgsatellitgalax i Vintergatan. Teamets upptäckt är en del av den pågående Subaru Strategic Survey med hjälp av Hyper Suprime-Cam. Satelliten, som heter Jungfrun I, ligger i riktning mot stjärnbilden Jungfrun. Vid den absoluta magnituden -0,8 i det optiska vågbandet, det kan mycket väl vara den svagaste satellitgalaxen som hittills hittats. Dess upptäckt tyder på närvaron av ett stort antal ännu oupptäckta dvärgsatelliter i Vintergatans halo och ger viktiga insikter om galaxbildning genom hierarkisk sammansättning av mörk materia.

För närvarande, ett 50-tal satellitgalaxer till Vintergatan har identifierats. Ett 40-tal av dem är svaga och diffusa och tillhör kategorin så kallade "dvärg sfäroidala galaxer" (Figur 2). Många nyligen upptäckte dvärggalaxer, speciellt de som ses i systematiska fotometriska undersökningar som Sloan Digital Sky Survey (SDSS) och Dark Energy Survey (DES) är mycket svaga med absolut ljusstyrka i det optiska vågbandet under -8 magnitud. Dessa är så kallade "ultrasvaga dvärggalaxer". Dock, tidigare sökningar använde sig av teleskop med en diameter på 2,5 till 4 meter, så endast satelliter relativt nära solen eller de med högre magnituder identifierades. De som är mer avlägsna eller svaga i Vintergatans halo har ännu inte upptäckts (Figur 3).

Kombinationen av den stora bländaren på 8,2-meters Subaru-teleskopet och det stora synfältet Hyper Suprime-Cam (HSC)-instrumentet är mycket kraftfull i denna studie. Det möjliggör en effektiv sökning efter mycket svaga dvärgsatelliter över stora områden på himlen. Det första steget i att leta efter en ny dvärggalax är att identifiera en överdensitet av stjärnor på himlen, med hjälp av fotometriska data. Nästa är att bedöma att det alltför täta utseendet inte beror på siktlinje eller oavsiktliga sammanställningar av icke-relaterade täta fält, men är verkligen ett stjärnsystem. Standardmetoden för att göra detta är att leta efter en karakteristisk fördelning av stjärnor i färg-magnituddiagrammet (jämförbart med Hertzsprung-Russell-diagrammet (mitten och vänster panel i figur 4)). Stjärnor i ett allmänt fält visar inga speciella mönster i detta diagram (högra panelen i figur 4).

Att hitta Jungfrun I

Daisuke Homma, en doktorand vid Tohoku University, hittade Jungfrun I under ledning av sin rådgivare, Masashi Chiba, och deras internationella samarbetspartners. "Vi har noggrant undersökt de tidiga uppgifterna från Subaru Strategic Survey med HSC och hittat en uppenbar överdensitet av stjärnor i Jungfrun med mycket hög statistisk signifikans, visar ett karakteristiskt mönster av ett forntida stjärnsystem i färgstorleksdiagrammet, sade han. Överraskande nog, detta är en av de svagaste satelliterna, med en absolut magnitud på -0,8 i det optiska vågbandet. Detta är verkligen en galax, eftersom det är rymdligt utsträckt med en radie på 124 ljusår - systematiskt större än en klotformad klunga med jämförbar ljusstyrka."

De svagaste dvärgsatelliterna som hittills identifierats var Segue I, upptäckt av SDSS (-1,5 mag) och Cetus II i DES (0,0 mag). Cetus II är ännu inte bekräftad, eftersom den är för kompakt som en galax. Jungfrun Jag kan i slutändan visa sig vara den svagaste som någonsin upptäckts. Det ligger på ett avstånd av 280, 000 ljusår från solen, och en sådan avlägsen galax med svag ljusstyrka har inte identifierats i tidigare undersökningar. Det är utom räckhåll för SDSS, som tidigare har undersökt samma område i riktning mot stjärnbilden Jungfrun (Figur 5).

Enligt Chiba, ledaren för detta sökprojekt, upptäckten har djupgående implikationer. "Denna upptäckt innebär att hundratals svaga dvärgsatelliter väntar på att bli upptäckta i Vintergatans halo, " sa han. "Hur många satelliter finns det verkligen och vilka egenskaper de har, kommer att ge oss en viktig ledtråd för att förstå hur Vintergatan bildades och hur mörk materia bidrog till den."

Använder HSC för att spåra galaxbildning

Bildandet av galaxer som Vintergatan tros fortsätta genom den hierarkiska sammansättningen av mörk materia, bildar mörka glorier, och genom det efterföljande infallet av gas och stjärnbildning påverkad av gravitationen. Standardmodeller av galaxbildning i samband med teorin om så kallad kall mörk materia (CDM) förutsäger förekomsten av hundratals små mörka glorier som kretsar i en mörk gloria i Vintergatans storlek och ett jämförbart antal lysande satellitkompisar. Dock, endast tiotals satelliter har någonsin identifierats. Detta är långt ifrån ett teoretiskt förutsagt antal, som är en del av det så kallade "missing satellite-problemet". Astronomer kan behöva överväga andra typer av mörk materia än CDM eller att åberopa baryonisk fysik som undertrycker galaxbildning för att förklara bristen i antalet satelliter. En annan möjlighet är att de bara har sett en bråkdel av alla satelliter som är associerade med Vintergatan på grund av olika observationsfördomar. Frågan är fortfarande olöst.

En av motiven för att Subaru Strategic Survey använder HSC är att göra fler observationer i sökandet efter Vintergatans satelliter. De tidiga uppgifterna från denna undersökning är det som ledde till upptäckten av Jungfru I. Detta program kommer att fortsätta att utforska mycket bredare områden på himlen och förväntas hitta fler satelliter som Jungfru I. Dessa små följeslagare som kommer att upptäckas inom en snar framtid kan berätta mycket mer om historien om Vintergatans bildning.