En internationell forskargrupp ledd av en mexikansk forskare upptäckte klothopar som roterade med samma hastighet som gasen i skivan i spiralgalaxen Messier 106 (även känd som M106 eller NGC 4258) som de tillhör. På grund av deras diskliknande arrangemang och hastighet, dessa avlägsna föremål kan vara reliker från kosmisk högmiddag.

Denna forskning utfördes med hjälp av Gran Telescopio Canarias (GTC), där Mexiko är en partner, och resultaten publicerades i 1 maj-numret av The Astrophysical Journal (ApJ).

Dr Rosa Amelia González-Lópezlira, forskare vid Institute of Radio Astronomy and Astrophysics vid National Autonomous University of Mexico, Campus Morelia (IRyA-UNAM), leder detta projekt. Den andra författaren till artikeln är Dr. Divakara Mayya, en forskare vid National Institute of Astrophysics, Optik och elektronik (INAOE). I arbetsgruppen ingår forskare och studenter i Australien, Brasilien, Chile, Danmark, Frankrike, och Tyskland, förutom andra kollegor vid IRyA-UNAM och INAOE.

Dr González-Lópezlira förklarar att klothopar är grupper på mellan 100, 000 och 1 miljon stjärnor. De är vanliga föremål, speciellt i stora galaxer. "Vintergatan har 160 av dessa kluster, men mycket stora galaxer kan ha tiotusentals. Vanligtvis, dessa kluster är fördelade som i en sfär. Alla stjärnor i en klothop är ungefär lika gamla och har mer eller mindre samma kemiska sammansättning. Vi vet inte exakt hur dessa kluster bildades, och det finns flera hypoteser som försöker förklara det:en säger att de föregår bildandet av galaxer, en annan som kluster bildades tillsammans med dem, ännu en annan postulerar att vissa dyker upp när gas kolliderar under en galaxsammanslagning, " hon säger.

I Vintergatan, till exempel, de flesta klothopar verkar ha bildats tillsammans med galaxen; några bildades eller förvärvades senare, när en eller flera mindre galaxer smälte samman med den.

Globulära hopar är mycket gamla föremål som bildades för cirka 11,5 miljarder år sedan, 2,3 miljarder år efter Big Bang och strax innan hastigheten av kosmisk stjärnbildning nådde sin topp, 10 miljarder år sedan. "Denna period är känd som kosmisk högmiddag. Klungorna är mycket ljusa och kan ses på mycket stora avstånd, vilket betyder att de kan ge oss ledtrådar om hur galaxerna sattes ihop under denna period av maximal stjärnbildning, säger astrofysikern.

Artikeln som publicerades i 1 maj-numret av ApJ är en del av ett större projekt för att studera klotklustersystemen i nio spiralgalaxer inom en radie av 52 miljoner ljusår. "Vi är särskilt intresserade av förhållandet mellan antalet klothopar och massan av det centrala svarta hålet i spiralgalaxer, " säger forskaren. Förhållandet är mycket snävt för elliptiska galaxer, men det är inte lika tydligt i spiralgalaxer. Vintergatan, till exempel, inte uppfyller det. Dr. González-Lópezlira tillägger:"De nio spiralgalaxer som vi ska studera har goda uppskattningar av massorna av sina svarta hål och är på avstånd där klothoparna kan ses bra med Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) ), som vi gjorde de första observationerna med."

Dr. Divakara Mayya förklarar att den här typen av studier börjar med att ta bilder och hitta kandidater för klotkluster baserat på så kallade färg-färgdiagram. I detta fall, förutom ett optiskt filter, ett ultraviolett och ett infrarött filter användes, vilket inte är vanligt. "Kandidater väljs ut i dessa diagram, men andra uppenbarligen punktkällor, som stjärnor och avlägsna galaxer, kan sippra in. Därför spektra bekräftar att varje objekt har en gammal coeval population, och att dess lågkonjunkturhastighet är kompatibel med lågkonjunkturhastigheten för den galax den antas tillhöra. Vi använder OSIRIS i GTC eftersom dessa objekt är ganska långt borta, och därför behövs exponeringar på mer än en timme med det största optiska teleskopet i världen för att extrahera informationen från spektra. OSIRIS är en multiobjektspektrograf med vilken man kan observera flera objekt samtidigt. Vi observerade totalt 23 klotklusterkandidater inom två fält."

Huvudresultatet av projektet var helt oväntat och överraskande. Istället för att distribueras i en sfär, "klothoparna i NGC 4258 verkar vara arrangerade i en skiva som roterar i fas och praktiskt taget lika snabbt som den neutrala väte (HI) gasformiga skivan i galaxen, som observerades med Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT), även på stora avstånd från dess centrum. Detta har aldrig setts förut. Det är tydligen fakta, även om man måste fortsätta arbeta för att bekräfta dem. Detta är en av de mycket trevliga sakerna som kan hända när man arbetar inom naturvetenskap, " säger Dr Mayya.

Dr. González-Lópezlira säger att på grund av hur M106-klustren rör sig, skivan där de är fördelade är väldigt lik skivorna där vi ser att stjärnor bildades för 10 miljarder år sedan. "Vi spekulerar i att skivan av kluster av M106 är en kvarleva eller rest av kosmisk högmiddag."

Forskarna bekräftade ytterligare med GTC att M106 faller i korrelationen mellan antalet klotformiga kluster och svarta håls massa, och att deras fotometriska metod för att hitta klothopar är utmärkt. Det supermassiva svarta hålet i mitten av M106 väger 40 miljoner solmassor, 10 gånger mer än Vintergatans och 150 gånger mindre än Messier 87:s, vars bild nyligen släpptes.

Till sist, IRyA-UNAM-forskaren tillade att studier som denna i fler spiralgalaxer kommer att klargöra rollen för de flera föreslagna hypoteserna i sammansättningen av galaxer, deras klotformade klustersystem och deras svarta hål.