Ett team av astronomer ledda av University of Victoria och Yale University har upptäckt ett forntida stjärnsystem som färdas runt vår galax vid namn Ursa Major III / UNIONS 1 (UMa3/U1) - den svagaste och lägsta Vintergatans satellit som någonsin upptäckts, och möjligen ett av de mest mörka materia-dominerade systemen som är kända.
Teamet genomförde studien från Hawaii med hjälp av två Maunakea-observatorier på Hawaii Island-W. M. Keck Observatory och Kanada-Frankrike-Hawaiʻi-teleskopet (CFHT)—liksom University of Hawaii Institute for Astronomy Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) på Haleakalā, Maui; resultaten publiceras i en ny upplaga av The Astrophysical Journal .
"UMa3/U1 är beläget i stjärnbilden Ursa Major (Stora Björnen), den stora björnens hem. Det är relativt sett på vår kosmiska bakgård, ungefär 30 000 ljusår från solen", säger Simon Smith, utexaminerad astronomi student vid University of Victoria och huvudförfattare till studien. "UMa3/U1 hade undgått upptäckt tills nu på grund av dess extremt låga ljusstyrka."
Observationer avslöjar att stjärnsystemet är litet, med endast cirka 60 stjärnor som är över 10 miljarder år gamla, som sträcker sig över bara 10 ljusår. UMa3/U1 har en extremt låg massa – med 16 gånger solens massa är den 15 gånger mindre massiv än den svagaste misstänkta dvärggalaxen.
UMa3/U1 upptäcktes först med hjälp av data erhållna från Ultraviolet Near Infrared Optical Northern Survey (UNIONS) vid CFHT och Pan-STARRS.
Teamet studerade sedan stjärnsystemet i finare detalj med hjälp av Keck Observatorys Deep Imaging Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) och bekräftade att UMa3/U1 är ett gravitationsbundet system, antingen en dvärggalax eller en stjärnhop.
"Det finns så få stjärnor i UMa3/U1 att man rimligen kan ifrågasätta om det bara är en slumpmässig gruppering av liknande stjärnor. Keck var kritisk för att visa att så inte är fallet", säger medförfattaren Marla Geha, professor i astronomi och fysik vid Yale universitet. "Våra DEIMOS-mätningar visar tydligt att alla stjärnor rör sig genom rymden med mycket liknande hastigheter och verkar ha liknande kemi."
"Spännande nog kan en trevande spridning av hastigheter bland stjärnorna i systemet stödja slutsatsen att UMa3/U1 är en mörk materiadominerad galax - en lockande möjlighet som vi hoppas kunna granska med fler Keck-observationer", säger Yale University doktorand Will Cerny , den andra författaren till studien.
Hur dessa stjärnor har lyckats behålla en sammansvetsad grupp är anmärkningsvärt. En möjlig förklaring är att mörk materia kan hålla dem samman.
"Föremålet är så ynkligt att dess långsiktiga överlevnad är mycket överraskande. Man kunde ha förväntat sig att de hårda tidvattenkrafterna från Vintergatans skiva skulle ha slitit isär systemet vid det här laget, och inte lämnat några observerbara kvarlevor", säger Cerny. "Det faktum att systemet verkar intakt leder till två lika intressanta möjligheter. Antingen är UMa3/U1 en liten galax som stabiliseras av stora mängder mörk materia, eller så är det en stjärnhop som vi har observerat vid en mycket speciell tidpunkt innan dess nära förestående död. "
Med det förra scenariot skulle det vara en spännande bedrift att uppnå en direkt bekräftelse av UMa3/U1 som ett svagt, forntida, mörk materia-dominerat satellitstjärnsystem, eftersom det skulle stödja en förutsägelse i den ledande teorin om universums ursprung.
Under Lambda Cold Dark Matter-modellen (LCDM) antar forskare att när galaxer som Vintergatan först bildades skapade de en gravitationskraft under sin monteringsprocess som attraherade hundratals satellitstjärnsystem som fortsätter att kretsa runt galaxer idag.
En kompletterande studie om UMa3/U1:s implikationer på LCDM-teorin har godkänts för publicering i The Astrophysical Journal och är tillgänglig i förtrycksformat på arXiv server.
"Oavsett om framtida observationer bekräftar eller avvisar att detta system innehåller en stor mängd mörk materia, är vi mycket glada över möjligheten att detta objekt kan vara toppen av isberget - att det kan vara det första exemplet på en ny klass av extremt svaga stjärnsystem som har undgått upptäckt tills nu, säger Cerny.
Avgörande bevis på närvaron eller bristen på mörk materia i UMa3/U1 är nyckeln till att avgöra om stjärnsystemet är en dvärggalax eller en stjärnhop. Till dess klassificeringen blir klar har Ursa Major III / UNIONS 1 två namn. Ultrasvaga Vintergatans satelliter är vanligtvis uppkallade efter konstellationen de upptäckts i (i det här fallet Ursa Major), medan ultrasvaga stjärnhopar vanligtvis är uppkallade efter undersökningsprojektet de upptäcktes i (UNIONS).
Även om detta stjärnsystems identitet fortfarande är tvetydig, banar UMa3/U1 vägen för nya perspektiv inom kosmologin.
"Denna upptäckt kan utmana vår förståelse av galaxbildning och kanske till och med definitionen av en "galax", säger Smith.
Mer information: Simon E. T. Smith et al, Upptäckten av den svagaste kända Vintergatans satellit med hjälp av UNIONS, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad0d9f Raphaël
Errani et al, Ursa Major III/UNIONS 1:den mörkaste galaxen som någonsin upptäckts?, arXiv (2023). DOI:10.48550/arxiv.2311.10134
Journalinformation: Astrofysisk tidskrift , arXiv
Tillhandahålls av W. M. Keck Observatory
