Gaia-satelliten har upptäckt en enorm "spökgalax" som lurar i utkanten av Vintergatan.

Ett internationellt team av astronomer, inklusive från University of Cambridge, upptäckte det massiva föremålet när man trålade genom data från Europeiska rymdorganisationens Gaia-satellit. Objektet, heter Antlia 2 (eller Ant 2), har undvikit upptäckt tills nu tack vare sin extremt låga densitet samt ett perfekt utvalt gömställe, bakom höljet på Vintergatans skiva. Forskarna har publicerat sina resultat online idag.

Ant 2 är känd som en dvärggalax. När strukturer uppstod i det tidiga universum, dvärgar var de första galaxerna som bildades, och så de flesta av deras stjärnor är gamla, lågmassa och metallfattig. Men jämfört med de andra kända dvärgsatelliterna i vår galax, Ant 2 är enorm:den är lika stor som det stora magellanska molnet (LMC), och en tredjedel lika stor som själva Vintergatan.

Det som gör Ant 2 ännu mer ovanligt är hur lite ljus den avger. Jämfört med LMC, en annan Vintergatans satellit, Ant 2 är 10, 000 gånger svagare. Med andra ord, den är antingen alldeles för stor för sin ljusstyrka eller alldeles för svag för sin storlek.

"Detta är ett spöke av en galax, sa Gabriel Torrealba, tidningens huvudförfattare. "Objekt så diffusa som Ant 2 har helt enkelt inte setts tidigare. Vår upptäckt var bara möjlig tack vare kvaliteten på Gaia-data."

ESA:s Gaia-uppdrag har producerat den hittills rikaste stjärnkatalogen, inklusive högprecisionsmätningar av nästan 1,7 miljarder stjärnor och avslöjar tidigare osynliga detaljer om vår hemgalax. Tidigare i år, Gaias andra datarelease gjorde nya detaljer om stjärnor i Vintergatan tillgängliga för forskare över hela världen.

Forskarna bakom den aktuella studien – från Taiwan, Storbrittanien, USA, Australien och Tyskland – sökte den nya Gaia-datan efter Vintergatans satelliter med hjälp av RR Lyrae-stjärnor. Dessa stjärnor är gamla och metallfattiga, typiska för de som finns i en dvärggalax. RR Lyrae ändrar sin ljusstyrka med en period av en halv dag och kan lokaliseras tack vare dessa väldefinierade pulser.

"RR Lyrae hade hittats i alla kända dvärgsatelliter, så när vi hittade en grupp av dem som satt ovanför den galaktiska skivan, vi blev inte helt förvånade, " sa medförfattaren Vasily Belokurov från Cambridges Institute of Astronomy. "Men när vi tittade närmare på deras plats på himlen visade det sig att vi hittade något nytt, eftersom inget tidigare identifierat objekt kom upp i någon av databaserna vi sökte igenom."

Teamet kontaktade kollegor vid Anglo-Australian Telescope (AAT) i Australien, men när de kontrollerade koordinaterna för Ant 2, de insåg att de hade en begränsad möjlighet att få uppföljningsdata. De kunde mäta spektra av mer än 100 röda jättestjärnor precis innan jordens rörelse runt solen gjorde Ant 2 oobserverbar i månader.

Spektran gjorde det möjligt för teamet att bekräfta att det spöklika föremålet de såg var verkligt:​​alla stjärnorna rörde sig tillsammans. Ant 2 kommer aldrig för nära Vintergatan, alltid hålla sig minst 40 kiloparsecs (cirka 130, 000 ljusår) bort. Forskarna kunde också få fram galaxens massa, vilket var mycket lägre än förväntat för ett föremål av dess storlek.

"Den enklaste förklaringen till varför Ant 2 verkar ha så lite massa idag är att den tas isär av Vintergatans galaktiska tidvatten, " sa medförfattaren Sergey Koposov från Carnegie Mellon University. "Det som förblir oförklarat, dock, är föremålets gigantiska storlek. I vanliga fall, när galaxer förlorar massa till Vintergatans tidvatten, de krymper, inte växa."

Om det är omöjligt att blåsa upp dvärgen genom att ta bort materia från den, då måste Ant 2 ha fötts enorm. Teamet har ännu inte räknat ut den exakta processen som gjorde Ant 2 så utökad. Även om objekt av denna storlek och ljusstyrka inte har förutspåtts av nuvarande modeller av galaxbildning, nyligen har det spekulerats i att vissa dvärgar skulle kunna blåses upp genom kraftig stjärnbildning. Stjärnvindar och supernovaexplosioner skulle trycka bort den oanvända gasen, försvagar gravitationen som binder galaxen och låter den mörka materien driva utåt också.

"Även om stjärnbildning skulle kunna omforma distributionen av mörk materia i Ant 2 när den sattes ihop, den måste ha agerat med oöverträffad effektivitet, " sa medförfattaren Jason Sanders, också från Cambridge.

Alternativt Ant 2:s låga densitet kan innebära att en modifiering av egenskaperna för mörk materia behövs. Den för närvarande gynnade teorin förutspår mörk materia att packas tätt i galaxernas centrum. Med tanke på hur fluffig den nya dvärgen ser ut att vara, en partikel av mörk materia som är mindre angelägen om att klunga ihop sig kan behövas.

"Jämfört med resten av de 60 eller så Vintergatans satelliter, Ant 2 är en udda kula, " sa medförfattaren Matthew Walker, också från Carnegie Mellon University. "Vi undrar om denna galax bara är toppen av ett isberg, och Vintergatan är omgiven av en stor population av nästan osynliga dvärgar som liknar denna."

Gapet mellan Ant 2 och resten av de galaktiska dvärgarna är så stort att detta mycket väl kan vara en indikation på att viss viktig fysik saknas i modellerna för dvärggalaxbildning. Att lösa Ant 2-pusslet kan hjälpa forskare att förstå hur de första strukturerna i det tidiga universum uppstod. Att hitta fler objekt som Ant 2 kommer att visa hur vanliga sådana spöklika galaxer är, och teamet är upptaget av att leta efter andra liknande galaxer i Gaia-data.