Galaxer och mörk materia går hand i hand; du hittar vanligtvis inte det ena utan det andra. Så när forskare avslöjade en galax, känd som NGC1052-DF2, det är nästan helt saknat grejerna, de blev chockade.

"Att hitta en galax utan mörk materia är oväntat eftersom detta osynliga, mystisk substans är den mest dominerande aspekten av någon galax, "sa huvudförfattaren Pieter van Dokkum från Yale University." I decennier har vi trodde att galaxer startar sitt liv som klumpar av mörk materia. Därefter händer allt annat:gas faller in i halor av mörk materia, gasen förvandlas till stjärnor, de byggs långsamt upp, då hamnar du med galaxer som Vintergatan. NGC1052-DF2 utmanar standardidéerna om hur vi tror att galaxer bildas. "

Forskningen, publicerad i tidningen 29 mars Natur , samlat data från Gemini North och W. M. Keck Observatories, både på Maunakea, Hawai'i, Hubble -rymdteleskopet, och andra teleskop runt om i världen.

Med tanke på dess stora storlek och svaga utseende, astronomer klassificerar NGC1052-DF2 som en ultradiffus galax, en relativt ny typ av galax som upptäcktes första gången 2015. Ultradiffusa galaxer är förvånansvärt vanliga. Dock, ingen annan galax av denna typ som ännu har upptäckts saknas så mycket av mörk materia.

"NGC1052-DF2 är en märklighet, även bland denna ovanliga klass av galaxer, "sa Shany Danieli, en doktorand från Yale University i teamet.

För att se ännu djupare in i denna unika galax, laget använde Gemini Multi Object Spectrograph (GMOS) för att ta detaljerade bilder av NGC1052-DF2, utvärdera dess struktur, och bekräfta att galaxen inte hade några tecken på interaktioner med andra galaxer.

"Utan Gemini -bilderna som dissekerar galaxens morfologi hade vi saknat sammanhang för resten av data, "sa Danieli." Också, Tvillingarnas bekräftelse på att NGC1052-DF2 för närvarande inte interagerar med en annan galax hjälper oss att svara på frågor om förhållandena kring dess födelse. "

Van Dokkum och hans team upptäckte först NGC1052-DF2 med Dragonfly Telephoto Array, ett specialbyggt teleskop i New Mexico som de konstruerade för att hitta dessa spöklika galaxer. NGC1052-DF2 stod i stark kontrast när jämförelser gjordes mellan bilder från Dragonfly Telephoto Array och Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Dragonfly-bilderna visar ett svagt "klumpliknande" föremål, medan SDSS-data avslöjar en samling relativt ljusa punktliknande källor.

Förutom Gemini -observationerna, för att ytterligare bedöma denna inkonsekvens dissekerade teamet ljuset från flera av de ljusa källorna inom NGC1052-DF2 med hjälp av Kecks Deep Imaging Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) och Low-Resolution Imaging Spectrometer (LRIS), identifiera 10 klotkluster. Dessa kluster är stora kompakta grupper av stjärnor som kretsar kring den galaktiska kärnan.

De spektrala data som erhållits på Keck -teleskopen avslöjade att de globulära klustren rörde sig mycket långsammare än förväntat. Ju långsammare föremålen i ett system rör sig, desto mindre massa finns i det systemet. Lagets beräkningar visar att hela massan i galaxen kan hänföras till stjärnornas massa, vilket betyder att det nästan inte finns någon mörk materia i NGC1052-DF2.

"Om det finns någon mörk materia alls, det är väldigt litet, "förklarade van Dokkum." Stjärnorna i galaxen kan stå för hela massan, och det verkar inte finnas utrymme för mörk materia. "

"Keck finns i en mycket liten grupp av teleskop som till och med kan försöka dessa observationer, eftersom du behöver ett stort teleskop för att mäta dessa exakta hastigheter, "tillade van Dokkum." Keck har också några av de bästa spektrograferna i världen för att mäta hastigheterna på svaga föremål. Vi hade möjlighet att kontrollera och se till att vi fick samma resultat inom osäkerheterna, och det gav oss förtroende för att vi gjorde saker rätt. "

Teamets resultat visar att mörk materia kan separeras från galaxer. "Denna upptäckt visar att mörk materia är verklig - den har sin egen separata existens förutom andra komponenter i galaxer, sa van Dokkum.

NGC1052-DF2:s globulära kluster och atypiska struktur har förvirrade astronomer som syftar till att bestämma de förhållanden som denna galax bildades under.

"Det är som om du tar en galax och du bara har stjärnans gloria och globulära kluster, och det glömde på något sätt att göra allt annat, "van Dokkum sa." Det finns ingen teori som förutspådde dessa typer av galaxer. Galaxen är ett fullständigt mysterium, eftersom allt om det är konstigt. Hur du egentligen går tillväga för att bilda en av dessa saker är helt okänt. "

Dock, forskare har några idéer. NGC1052-DF2 ligger cirka 65 miljoner ljusår bort i en samling galaxer som domineras av den gigantiska elliptiska galaxen NGC 1052. Galaxbildning är turbulent och våldsam, och van Dokkum föreslår att tillväxten av den nya massiva galaxen för miljarder år sedan kanske spelade en roll i NGC1052-DF2:s brist på mörk materia.

En annan idé är att en katastrofal händelse inom udda galaxen, som födelsen av otaliga massiva stjärnor, sopade ut all gas och mörk materia, stoppa stjärnbildning.

Dessa möjligheter är spekulativa, dock, och förklara inte alla egenskaper hos den observerade galaxen, tillägger forskarna.

Teamet fortsätter jakten på fler galaxer som saknar mörk materia. De analyserar Hubble -bilder av 23 andra diffusa galaxer. Tre av dem verkar dela likheter med NGC1052-DF2, som van Dokkum planerar att följa upp under de kommande månaderna vid Keck Observatory.

"Varje galax vi kände till tidigare har mörk materia, och de faller alla i välkända kategorier som spiral- eller elliptiska galaxer, sade van Dokkum. ”Men vad skulle du få om det inte fanns någon mörk materia alls? Kanske är detta vad du skulle få. "