Een internationaal team onder leiding van onderzoekers van de Tohoku University heeft een extreem zwak dwergsatellietstelsel van de Melkweg gevonden. De ontdekking van het team maakt deel uit van de lopende Subaru Strategic Survey met behulp van Hyper Suprime-Cam. de satelliet, genaamd Maagd I, ligt in de richting van het sterrenbeeld Maagd. Bij de absolute magnitude van -0,8 in de optische golfband, het is misschien wel het zwakste satellietstelsel dat tot nu toe is gevonden. De ontdekking suggereert de aanwezigheid van een groot aantal nog niet-gedetecteerde dwergsatellieten in de halo van de Melkweg en biedt belangrijke inzichten in de vorming van sterrenstelsels door middel van hiërarchische assemblage van donkere materie.

Momenteel, zo'n 50 satellietstelsels naar de Melkweg zijn geïdentificeerd. Ongeveer 40 van hen zijn zwak en diffuus en behoren tot de categorie van zogenaamde "dwerg sferoïdale sterrenstelsels" (Figuur 2). Veel recent ontdekte dwergstelsels, vooral degenen die worden gezien in systematische fotometrische onderzoeken zoals de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) en de Dark Energy Survey (DES) zijn erg zwak met een absolute helderheid in de optische golfband van minder dan -8 magnitude. Dit zijn zogenaamde "ultra-faint dwergstelsels". Echter, eerdere zoekopdrachten maakten gebruik van telescopen met een diameter van 2,5 tot 4 meter, dus alleen satellieten die relatief dicht bij de zon staan ​​of die met hogere magnitudes werden geïdentificeerd. Degenen die verder weg of zwakker zijn in de halo van de Melkweg moeten nog worden gedetecteerd (Figuur 3).

De combinatie van het grote diafragma van de 8,2-meter Subaru-telescoop en het grote gezichtsveld Hyper Suprime-Cam (HSC)-instrument is zeer krachtig in deze studie. Het maakt een efficiënte zoektocht mogelijk naar zeer zwakke dwergsatellieten boven grote delen van de hemel. De eerste stap bij het zoeken naar een nieuw dwergstelsel is het identificeren van een te grote dichtheid aan sterren aan de hemel, met behulp van fotometrische gegevens. Vervolgens moet worden beoordeeld of het te dichte uiterlijk niet te wijten is aan gezichtslijn of toevallige nevenschikkingen van niet-verwante dichte velden, maar is echt een stellair systeem. De standaardmethode hiervoor is te zoeken naar een karakteristieke verdeling van sterren in het kleur-magnitude-diagram (vergelijkbaar met het Hertzsprung-Russell-diagram (middelste en linker panelen van figuur 4)). Sterren in een algemeen veld laten in dit diagram geen specifieke patronen zien (rechterpaneel van figuur 4).

Maagd vinden I

Daisuke Homma, een afgestudeerde student aan de Tohoku University, vond Maagd I onder leiding van zijn adviseur, Masashi Chiba, en hun internationale medewerkers. "We hebben de vroege gegevens van het Subaru Strategisch Onderzoek met HSC zorgvuldig onderzocht en een duidelijke overdichtheid van sterren in Maagd gevonden met een zeer hoge statistische significantie, met een karakteristiek patroon van een oud stellair systeem in het kleur-magnitude-diagram, "zei hij. "Verrassend genoeg, dit is een van de zwakste satellieten, met een absolute magnitude van -0,8 in de optische golfband. Dit is inderdaad een sterrenstelsel, omdat het ruimtelijk wordt uitgebreid met een straal van 124 lichtjaar - systematisch groter dan een bolvormige cluster met vergelijkbare helderheid."

De zwakste dwergsatellieten die tot nu toe zijn geïdentificeerd, waren Segue I, ontdekt door SDSS (-1,5 mag) en Cetus II in DES (0,0 mag). Cetus II moet nog worden bevestigd, omdat het te compact is als een melkwegstelsel. Maagd Ik kan uiteindelijk de zwakste blijken te zijn die ooit is ontdekt. Het ligt op een afstand van 280, 000 lichtjaar van de zon, en zo'n afgelegen sterrenstelsel met een zwakke helderheid is in eerdere onderzoeken niet geïdentificeerd. Het ligt buiten het bereik van SDSS, die eerder hetzelfde gebied in de richting van het sterrenbeeld Maagd heeft onderzocht (Figuur 5).

Volgens Chiba, de leider van dit zoekproject, de ontdekking heeft ingrijpende gevolgen. "Deze ontdekking impliceert honderden zwakke dwergsatellieten die wachten om ontdekt te worden in de halo van de Melkweg, " zei hij. "Hoeveel satellieten zijn er inderdaad en welke eigenschappen ze hebben, zal ons een belangrijke aanwijzing geven om te begrijpen hoe de Melkweg is gevormd en hoe donkere materie daaraan heeft bijgedragen."

HSC gebruiken om de vorming van sterrenstelsels te traceren

Men denkt dat de vorming van sterrenstelsels zoals de Melkweg verloopt via de hiërarchische verzameling donkere materie, donkere halo's vormen, en door de daaropvolgende inval van gas en stervorming beïnvloed door de zwaartekracht. Standaardmodellen voor de vorming van sterrenstelsels in de context van de zogenaamde koude donkere materie (CDM)-theorie voorspellen de aanwezigheid van honderden kleine donkere halo's die rond een donkere halo ter grootte van de Melkweg draaien en een vergelijkbaar aantal lichtgevende satellietgenoten. Echter, slechts tientallen satellieten zijn ooit geïdentificeerd. Dit is ver beneden een theoretisch voorspeld aantal, dat deel uitmaakt van het zogenaamde "ontbrekende satellietprobleem". Astronomen moeten misschien andere soorten donkere materie dan CDM in overweging nemen of baryonische fysica gebruiken die de vorming van sterrenstelsels onderdrukt om het tekort aan satellieten te verklaren. Een andere mogelijkheid is dat ze slechts een fractie van alle satellieten hebben gezien die met de Melkweg zijn geassocieerd vanwege verschillende waarnemingsbias. Het probleem blijft onopgelost.

Een van de redenen voor het Subaru Strategisch Onderzoek met HSC is om meer waarnemingen te doen bij het zoeken naar Melkwegsatellieten. De vroege gegevens van dit onderzoek hebben geleid tot de ontdekking van Virgo I. Dit programma zal veel grotere delen van de hemel blijven verkennen en zal naar verwachting meer satellieten zoals Virgo I vinden. Deze kleine metgezellen die in de nabije toekomst zullen worden ontdekt vertel ons veel meer over de geschiedenis van de vorming van de Melkweg.