Ett team av astronomer använde data från både NASA/ESA rymdteleskop Hubble och ESA:s Gaia-satellit för att direkt mäta 3D-rörelserna hos enskilda stjärnor i en närliggande galax. Den uppnådda noggrannheten är bättre än något som tidigare uppmätts för en galax bortom Vintergatan. Rörelserna ger ett fälttest av den för närvarande accepterade kosmologiska modellen och mäter även galaxens bana genom rymden. Resultaten publiceras i Natur astronomi .

Astronomer från Kapteyn Astronomical Institute och Leiden Observatory, både i Nederländerna, använde data från NASA/ESA rymdteleskopet Hubble och ESA:s rymdobservatorium Gaia för att mäta stjärnornas rörelser i skulptörsdvärggalaxen. Sculptor Dwarf är en satellitgalax som kretsar runt Vintergatan, 300 000 ljusår från jorden.

Endast genom att kombinera datamängderna från dessa två framgångsrika ESA-uppdrag – producerade med mer än 12 års mellanrum – kunde forskarna direkt mäta de exakta 3D-rörelserna hos stjärnor i skulptörsdvärggalaxen. Det är första gången detta har uppnåtts med sådan noggrannhet för en annan galax än Vintergatan.

Davide Massari, huvudförfattare till studien, beskriver forskningens precision:"Med den precision som uppnåtts kan vi mäta den årliga rörelsen av en stjärna på himlen som motsvarar mindre än storleken på ett knappnålshuvud på månen sett från jorden." Denna typ av precision var endast möjlig på grund av den extraordinära upplösningen och noggrannheten hos båda instrumenten. Studien hade inte heller varit möjlig utan det stora tidsintervallet mellan de två datamängderna som gör det lättare att bestämma stjärnornas rörelse.

Sculptor Dwarf Galaxy är en sfärisk dvärggalax, som är bland de mest mörk materiadominerade objekten i universum. Detta gör dem till idealiska mål för att undersöka egenskaperna hos mörk materia. Särskilt, Genom att förstå hur mörk materia är fördelad i dessa dvärggalaxer kan astronomer testa giltigheten av den för närvarande accepterade kosmologiska modellen. Dock, mörk materia kan inte studeras direkt.

"Ett av de bästa sätten att sluta sig till närvaron av mörk materia är att undersöka hur föremål rör sig inom den, " förklarar Amina Helmi, medförfattare till tidningen. "I fallet med dvärgsfäroider, dessa objekt är stjärnor."

Informationen som samlas in om 3D-rörelsen hos stjärnor i skulptörsdvärggalaxen kan översättas direkt till kunskap om hur dess totala massa – inklusive mörk materia – är fördelad. De nya resultaten visar att stjärnor i bildhuggardvärggalaxen rör sig företrädesvis på långsträckta radiella banor. Detta indikerar att densiteten av mörk materia ökar mot mitten istället för att plana ut. Dessa fynd överensstämmer med den etablerade kosmologiska modellen och vår nuvarande förståelse av mörk materia, med hänsyn till komplexiteten i skulptörens stjärnpopulationer.

Som en bieffekt av studien, teamet presenterade också en mer exakt bana för bildhuggardvärggalaxen som helhet när den kretsar runt Vintergatan. Deras resultat visar att den rör sig runt Vintergatan i en långsträckt bana med hög lutning som tar den mycket längre bort än man tidigare trott. För närvarande, det är nästan närmast Vintergatan, men dess omloppsbana kan ta den så långt som 725 000 ljusår bort.

"Med dessa banbrytande mätningar, vi går in i en era där mätning av 3D-rörelser av stjärnor i andra galaxer kommer att bli rutin och kommer att vara möjligt för större stjärnprover. Detta kommer främst att vara tack vare ESA:s Gaia-uppdrag, avslutar Massari.