Zoals hun naam al doet vermoeden, ultradiffuse sterrenstelsels, of UDG's, zijn dwergstelsels waarvan de sterren over een uitgestrekt gebied zijn verspreid, wat resulteert in een extreem lage oppervlaktehelderheid, waardoor ze erg moeilijk te detecteren zijn. Verschillende vragen over UDG's blijven onbeantwoord:hoe zijn deze dwergen zo uitgebreid terechtgekomen? Zijn hun halo's van donkere materie - de halo's van onzichtbare materie die de sterrenstelsels omringen - speciaal?

Nu een internationaal team van astronomen, mede geleid door Laura Sales, een astronoom aan de Universiteit van Californië, rivieroever, meldt zich in Natuurastronomie dat het geavanceerde simulaties heeft gebruikt om een ​​paar "uitgebluste" UDG's te detecteren in omgevingen met een lage dichtheid in het universum. Een uitgedoofd sterrenstelsel is een sterrenstelsel dat geen sterren vormt.

"Wat we hebben ontdekt staat haaks op theorieën over de vorming van sterrenstelsels, aangezien uitgedoofde dwergen in clusters of groepsomgevingen moeten zijn om hun gas te verwijderen en te stoppen met het vormen van sterren, " zei Verkoop, een universitair hoofddocent natuurkunde en sterrenkunde. "Maar de uitgedoofde UDG's die we hebben gedetecteerd, zijn geïsoleerd. We waren in staat om een ​​paar van deze uitgedoofde UDG's in het veld te identificeren en hun evolutie terug in de tijd te volgen om aan te tonen dat ze hun oorsprong vonden in backsplash-banen."

Hier, "in het veld" verwijst naar sterrenstelsels die geïsoleerd zijn in stillere omgevingen en niet in een groep of clusteromgeving. Sales legde uit dat een backsplash-melkwegstelsel een object is dat er vandaag de dag uitziet als een geïsoleerd sterrenstelsel, maar in het verleden een satelliet was van een massiever systeem - vergelijkbaar met een komeet, die onze zon regelmatig bezoekt, maar brengt het grootste deel van zijn reis geïsoleerd door, ver van het grootste deel van het zonnestelsel.

"Geïsoleerde sterrenstelsels en satellietstelsels hebben verschillende eigenschappen omdat de fysica van hun evolutie heel anders is, "zei ze. "Deze backsplash-sterrenstelsels zijn intrigerend omdat ze eigenschappen delen met de populatie satellieten in het systeem waartoe ze ooit behoorden, maar tegenwoordig wordt waargenomen dat ze geïsoleerd zijn van het systeem."

Dwergstelsels zijn kleine sterrenstelsels die tussen de 100 miljoen en een paar miljard sterren bevatten. In tegenstelling tot, de Melkweg heeft 200 miljard tot 400 miljard sterren. Hoewel alle UDG's dwergsterrenstelsels zijn, alle dwergsterrenstelsels zijn geen UDG's. Bijvoorbeeld, bij vergelijkbare helderheid, dwergen vertonen een zeer groot aantal maten, van compact tot diffuus. UDG's zijn het uiteinde van de meeste uitgebreide objecten bij een bepaalde lichtsterkte. Een UDG heeft de stellaire inhoud van een dwergstelsel, 10-100 keer kleiner dan de Melkweg. Maar zijn grootte is vergelijkbaar met de Melkweg, waardoor het de extreem lage oppervlaktehelderheid krijgt die het speciaal maakt.

Sales legde uit dat de halo van donkere materie van een dwergstelsel een massa heeft die minstens 10 keer kleiner is dan de Melkweg, en de grootte schalen op dezelfde manier. UDG's, echter, breek deze regel en laat een radiale uitbreiding zien die vergelijkbaar is met die van veel grotere sterrenstelsels.

"Een van de populaire theorieën om dit te verklaren, was dat UDG's 'mislukte melkwegen zijn, ' wat betekent dat ze voorbestemd waren om sterrenstelsels te zijn zoals onze eigen Melkweg, maar op de een of andere manier geen sterren konden vormen, " zei José A. Benavides, een afgestudeerde student aan het Instituut voor Theoretische en Experimentele Astronomie in Argentinië en de eerste auteur van het onderzoekspaper. "We weten nu dat dit scenario niet alle UDG's kan verklaren. Er ontstaan ​​dus theoretische modellen waarbij meer dan één vormingsmechanisme deze ultradiffuse objecten kan vormen."

Volgens verkoop, de waarde van het nieuwe werk is tweeledig. Eerst, de door de onderzoekers gebruikte simulatie, genaamd TNG50, met succes voorspelde UDG's met kenmerken die vergelijkbaar zijn met waargenomen UDG's. Tweede, de onderzoekers vonden een paar zeldzame uitgedoofde UDG's waarvoor ze geen vormingsmechanisme hebben.

"TNG50 gebruiken als een 'tijdmachine' om te zien hoe de UDG's zijn gekomen waar ze zijn, we ontdekten dat deze objecten een paar miljard jaar geleden satellieten waren, maar in een zeer elliptische baan werden verdreven en er vandaag geïsoleerd uitzien, " ze zei.

De onderzoekers melden ook dat volgens hun simulaties, uitgedoofde UDG's kunnen gewoonlijk 25% uitmaken van een ultradiffuse populatie van sterrenstelsels. Bij waarnemingen, echter, dit percentage is veel kleiner.

"Dit betekent dat veel dwergstelsels die in het donker op de loer liggen mogelijk onopgemerkt zijn gebleven voor onze telescopen, " Sales zei. "We hopen dat onze resultaten nieuwe strategieën zullen inspireren voor het onderzoeken van het universum met lage helderheid, wat een volledige telling van deze populatie van dwergsterrenstelsels mogelijk zou maken."

De studie is de eerste die de talloze omgevingen oplost - van geïsoleerde dwergen tot dwergen in groepen en clusters - die nodig zijn om UDG's te detecteren, en met een resolutie die hoog genoeg is om hun morfologie en structuur te bestuderen.

Volgende, het onderzoeksteam zal zijn studie van UDG's in TNG50-simulaties voortzetten om beter te begrijpen waarom deze sterrenstelsels zo uitgebreid zijn in vergelijking met andere dwergstelsels met dezelfde stellaire inhoud. De onderzoekers gaan de Keck Telescope op Hawaï gebruiken, een van de krachtigste telescopen ter wereld, om het gehalte aan donkere materie van UDG's in het Virgo-cluster te meten, het dichtstbijzijnde cluster van sterrenstelsels bij de aarde.

"Toekomstige telescopen, zoals de Large Synoptic Survey Telescope of de Roman Space Telescope, in de komende vijf tot tien jaar online komen met de mogelijkheid om nog veel meer van deze intrigerende UDG's te detecteren, ' zei Verkoop.

De onderzoekspaper is getiteld "Rustige ultradiffuse sterrenstelsels in het veld afkomstig van backsplash-banen."