En avlägsen galax med nästan ingen mörk materia har hotat att bryta vår teori om galaxbildning. Nya bevis tyder på att galaxen inte är en anomali - utan ett offer för stöld.

Mörk materia – en osynlig substans så gåtfull som namnet antyder – är en nyckelingrediens för att hjälpa galaxer att bildas och hålla sig vid liv.

Det skapar den starka gravitationen som behövs för att sätta igång galaxbildning och hålla befintliga galaxer strukturellt intakta.

Men astronomer har varit förbryllade sedan förra årets upptäckt av 'NGC1052-DF4', en stabil och långlivad galax med nästan ingen mörk materia. Hur kan galaxen existera utan denna viktiga ingrediens? Är våra teorier om galaxbildning fel?

I dag, en internationell studie ledd av UNSW Sydney tyder på att den mörka materian fanns där till att börja med – den har bara blivit stulen av en girig granne.

"Den mörka materien finns inte där eftersom den redan har tagits bort, " säger Dr Mireia Montes, huvudförfattare till studien och astronomisk forskare vid UNSW Science och Space Telescope Science Institute.

"Vi fann att gravitationskraften från den närliggande massiva galaxen NGC1035 tar bort sina stjärnor - och mörk materia."

Forskningen, publicerad idag i The Astrofysisk tidskrift , ger en förklaring till varför så mycket mörk materia saknas i galaxen utan att motsäga vår befintliga förståelse av galaxbildning.

"När två galaxer passerar nära varandra, de lider av varandras gravitationskraft, " säger Dr. Montes. "Vår mycket djupa avbildning fann att svaga stjärnor drogs bort av den större galaxen - en interaktion som kallas 'tidvattenstörning'."

Samma fenomen kan också hittas på jorden:i vårt fall, Månens gravitationskraft påverkar jordens havsvatten. Men tidvattenavbrott kan få galaxer – som inte är lika solida som jorden eller månen – att böjas och förlora sin form.

Om tidvattenavbrottsteorin är korrekt, den mindre galaxen NGC1052-DF4 kommer snart att börja visa fler tecken på försämring. Det kan så småningom sönderfalla helt.

"Tidvattenstrippning skulle ta bort en betydande andel av mörk materia innan det påverkar stjärnorna, " säger Dr Montes.

"Om stjärnorna börjar störas nu, det mesta av den mörka materien har redan rymt."

Dr Ignacio Trujillo, medförfattare till artikeln och forskare vid Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), säger "Med tiden, galaxen kommer att sluta kannibaliseras av det stora systemet runt den (NGC1035), med åtminstone några av deras stjärnor fritt svävande i det djupa rymden".

Ett kraftfullt förstoringsglas

Dr Montes och hennes kollegor använde kraftfulla teleskop och djupa bildtekniker – inklusive långexponeringsfotografering på upp till 60 timmar – för att hitta de svaga ledtrådarna i galaxens yttre kanter.

Dessa tekniker kan belysa mycket svaga stjärnor och galaxer, eller vad astronomer kallar universums 'låga ljusstyrka'.

"Initiala papper visade att galaxen har en mycket "avslappnad" symmetrisk form, antyder att inga yttre krafter störde det, " säger Dr Montes.

"Men våra djupa bilder visar att den här galaxen i själva verket påverkas av sin granngalax - den är precis fångad i början av interaktionen.

"Den inre delen av galaxen behåller sin form, men det yttre, svagare delar är där du ser dessa "tidvattensvansar":stjärnor som redan har separerats från galaxen."

Observationerna gjordes med hjälp av IAC80-teleskopet, Gran Telescopio Canarias, och rymdteleskopet Hubble – ett av de största teleskopen i rymden.

Eftersom mörk materia är en osynlig kraft, det kan bara observeras genom hur stjärnobjekt – som stjärnor och galaxer – interagerar med rymden runt dem.

"Ultradjup avbildning är svårt inte bara på grund av den enorma tid du behöver för att nå sådana djup, men den extremt noggranna bearbetningen av data som behövs för att bevara de svagaste strukturerna, " säger herr Raúl Infante-Sainz, Ph.D. kandidat vid IAC och andra författare till denna studie.

"Vi behövde leta efter funktioner som är 1000 gånger svagare än den mörkaste himlen som är synlig på jorden, " säger Dr Montes.

Löser nya galaktiska mysterier

Vera C. Rubin-observatoriet, en toppmodern optisk anläggning som för närvarande byggs i Chile, kommer snart att ta djupbildskapacitet till nya nivåer.

Observatoriets huvudprojekt kommer att vara Legacy Survey for Space and Time (LSST):en tioårig bildundersökning som kommer att ge de djupaste bilderna någonsin av det södra halvklotets natthimmel.

Professor Sarah Brough, en astronom vid UNSW Science, leder Australiens engagemang i detta projekt.

"LSST kommer att revolutionera astronomi med låg ytljusstyrka, omvandla vår förståelse av galaxens evolution, " hon säger.

"Det kommer att ge extremt djupa bilddata över hela Southern Sky, som kommer att vara avgörande för framgången för framtida australiensiska astronomiska undersökningar och vetenskap."

LSST-kameran, som kommer att vara ungefär lika stor som en liten bil, kommer att göra det möjligt för forskare att upptäcka galaxer med låg ytljusstyrka. Den kommer också att kunna identifiera svaga särdrag runt och inom galaxhopar.

Även om den tioåriga undersökningen inte startar förrän 2023, forskare ser fram emot möjligheterna för galaktisk utforskning.

"Det här arbetet är ett exempel på hur viktigt det är att ha djupa bilder för att förstå till synes konstiga saker i universum, " säger Dr Montes.

"Djup bildbehandling kan hjälpa till att förklara mysterier som annars skulle kunna förbli olösta."