Sokkal gyakoribbak a csillagáramokban a szakadások – és nem feltétlenül a sötét anyag okozza őket

Sokkal gyakoribbak a csillagáramokban a szakadások – és nem feltétlenül a sötét anyag okozza őket

2026 szeptember 09
| Szerző: Ujhelyi Borbála, Kutatási asszisztens
A csillagáramok nagyobb galaxisok mellett elhaladó gömbhalmazokból vagy törpegalaxisokból leszakadt csillagok folyamai.

A Tejútrendszerben körülbelül 100 ilyen csillagáram van, sokat közülük csak nemrég fedeztünk fel. Főként azért olyan nagy irántuk az érdeklődés, mert lehetőséget adhatnak a sötét anyag hatalmas, de láthatatlan csomóinak vizsgálatára.

A csillagáramokban ugyanis szembetűnő rések figyelhetők meg, amelyeket egy-egy sötétanyag-csomó áthaladásának tulajdonítanak. Egy új tanulmány azonban kétségbe vonja ezt az elképzelést. Arpit Arora (University of Washington) és munkatársai szerint a réseket több különböző tényező együttesen idézi elő, amelyek túl összetettek és túl szorosan fonódnak össze ahhoz, hogy egyértelműen elkülöníthessük őket.

Művészi illusztráció a Tejútrendszert körülvevő számtalan csillagáramról. Forrás: NSF–DOE Vera C. Rubin Observatory / NOIRLab / SLAC / AURA / J. daSilva / M. Zamani
Művészi illusztráció a Tejútrendszert körülvevő számtalan csillagáramról. Forrás: NSF–DOE Vera C. Rubin Observatory / NOIRLab / SLAC / AURA / J. daSilva / M. Zamani

Bár az áramok alapvetően csillagokból álló vonalak, a sűrűségük és a morfológiájuk nagyon eltérő lehet. Egyesek közülük szép folytonosnak, míg mások rendezetlennek tűnnek, szálak lógnak ki belőlük, vagy hiányoznak belőlük elemek, mintha valami megzavarta és összekutyulta volna őket.

A hagyományos elmélet szerint ezek a szabálytalanságok vagy perturbációk a láthatatlan sötét anyaggal állnak kapcsolatban. A teljes galaxisunk egy hatalmas sötétanyag-párnában nyugszik. A sötétanyag-halón belül vannak kisebb halók, sötétanyag-csomók. Ahogy a láthatatlan csomók a Tejútrendszer körül keringenek, sebeket ejthetnek a látható csillagáramokban. Eszerint az elmélet szerint a csillagáramok feltérképezésével információkat szerezhetünk ezekről a csomókról.

A hosszú, keskeny GD-1 jelű csillagáramban található egy rés. Számítógépes modellek szerint egy nagy tömegű, kompakt égitest vágta át magát rajta, ez hozta létre a szakadást. Ez az égitest lehetett egy sötétanyag-csomó is. Forrás: Bonaca et al. / Astrophysical Journal 2019
A hosszú, keskeny GD-1 jelű csillagáramban található egy rés. Számítógépes modellek szerint egy nagy tömegű, kompakt égitest vágta át magát rajta, ez hozta létre a szakadást. Ez az égitest lehetett egy sötétanyag-csomó is. Forrás: Bonaca et al. / Astrophysical Journal 2019

Arpit Arora és munkatársai az Astrophysical Journal című szaklapban közzétett tanulmányukban vették górcső alá az elmélet feltevéseit. Ha csillagáramokat vizsgálunk, hogyan lehetünk biztosak abban, hogy valóban a sötét anyag hatásaival van dolgunk, vagy olyan egyszerűbb esetekkel, mint például egy galaxis központi küllőjének hatása?

Küllős spirálgalaxis. Forrás: NASA
Küllős spirálgalaxis. Forrás: NASA

A csillagászok nagyjából 15 ezer csillagáramot modelleztek, mégpedig azokat, amelyek reprezentatív mintát szolgáltatnak a Tejútrendszer körül áramló csillagfolyamok vizsgálatához. A szimulált csillagáramokat három fő kategóriába sorolták: folytonos, közepes és rendezetlen – és ezeket négy különböző galaxismodell köré csoportosították. A számítógépes szimulációk alkalmazásának előnye – szemben azzal, ha csupán a megfigyelésekre támaszkodunk – az, hogy „különböző hatásokat szabályozhatunk” – mondja Szergej Koposzov (University of Edinburgh), aki nem vett részt a kutatásban.

A szimulációk segítségével a kutatók nyomon követhették a csillagáramok történetét, visszatekintve azok eredetére, és vizuálisan levezethették a jövőbeli fejlődésüket is. Emellett tanulmányozhatták azt is, hogy milyen hatása van a galaxis kissé szabálytalan tengely körüli forgásának.

Miután több millió év történetének szimulációját lefuttatták, a kutatók azt találták, hogy nagyjából a csillagáramok háromnegyedében vannak rések, kiugrások vagy törések. Valójában még az első látásra folytonosnak tűnő áramokban is voltak szerkezeti tökéletlenségek. 15 ezer csillagáramból mindössze körülbelül 70-ben nem volt észlelhető hiba. Ez ellentmond annak a feltevésnek, miszerint kizárólag sötét anyagból álló kisebb halók okozzák az áramlatok szabálytalanságait.

Vizualizáció a tanulmányban vizsgált csillagáramok egy részéről. Látható, hogy a rések az áramokban gyakorinak számítanak. Forrás: vizualizáció: Arpit Arora & Adrian Price-Whelan, Tejútrendszer-kép: Stefan Payne-Wardenaar
Vizualizáció a tanulmányban vizsgált csillagáramok egy részéről. Látható, hogy a rések az áramokban gyakorinak számítanak. Forrás: vizualizáció: Arpit Arora & Adrian Price-Whelan, Tejútrendszer-kép: Stefan Payne-Wardenaar

A kutatók azt is észrevették, hogy a galaxisközponthoz közelebbi térségekből származó csillagáramokat valamivel jobban eltorzította a galaxis küllőjének, korongjának és spirálkarjainak gravitációja. Ezzel szemben a távolabbi helyekről származó áramlatok sokkal folytonosabbak voltak. Minél közelebb kerül egy áramlat a galaxis központjához, és minél hosszabb ideig marad ott, annál jobban megváltozik.

A vizsgálat során arra jutottak, hogy a jelenlegi megfigyelésekkel nem tudják elkülöníteni a kisebb sötétanyag-halók hatásait. A csillagáramokat oly mértékben torzítják a gravitációs hatások, hogy jelenleg lehetetlen megállapítani, mi idéz elő egy adott rést vagy törést bennük. Elképzelhető, hogy az ilyen hatások csak a csillagáramok teljes populációjának szintjén különíthetők majd el, statisztikai elemzések segítségével.

Több olyan égboltfelmérés is megkezdődött vagy hamarosan kezdetét veszi, amelyek célja a galaxis részletes feltérképezése. Ezek választ adhatnak sok kérdésre. A Vera C. Rubin Obszervatórium jelenleg futó LSST égboltfelmérése, az Európai Űrügynökség Euclid-küldetése, valamint a NASA által nemrég felbocsátott Nancy Grace Roman űrtávcső is ezek közé tartozik. A felmérések részletesebb fotometriai adatokat szolgáltatnak majd a csillagáramok szerkezetéről.

A jelenlegi szerkezetük megfigyelésén túl a csillagáramok mozgásáról gyűjtött adatok a jövőben még nagyobb esélyt adhatnak a rájuk ható gravitációs erők azonosítására. A kutatók szerint ebben sokat fognak segíteni az Európai Űrügynökség Gaia-küldetése által végzett radiálissebesség-mérések és a Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) berendezés adatai. A DESI nemrég fejezte be ötéves küldetését. Az Európai Déli Obszervatórium 4 méteres Multi-Object Spectroscopic Telescope (4MOST) műszerének adatai is fontosak lehetnek. A csillagok mozgásáról gyűjtött hatalmas mennyiségű adat megkönnyíti majd a különböző lehetséges forgatókönyvek elkülönítését.

A csillagáramokról és a sötét anyaggal való kapcsolatukról készült új tanulmány hasznos lehet a kutatók számára, amikor értelmezik ezeknek a felméréseknek az eredményeit.

 

Forrás: https://skyandtelescope.org/astronomy-news/gaps-in-stellar-streams-common-not-sign-dark-matter/

Az eredményekről beszámoló szakcikk: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ae89af

Szerző: Ujhelyi Borbála, Kutatási asszisztens
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet