AGC 322753: Arecibo ve FAST'in ayrı ayrı yakaladığı yıldızsız gaz karanlık galaksi adayı

İki ayrı radyo teleskobunun birbirinden bağımsız taramalarında aynı noktada beliren bir hidrojen bulutu, gökbilimcilerin "karanlık galaksi" listesine güçlü bir aday ekledi. AGC 322753 adı verilen cisim yaklaşık 2 milyar Güneş kütlesinde nötr hidrojen barındırıyor; ancak en derin optik görüntülerde ona eşlik eden bir yıldız ışığı seçilemiyor. Avustralya'daki Swinburne Teknoloji Üniversitesi'nden Marco Monaci ve ekibinin çalışması Monthly Notices of the Royal Astronomical Society'de mektup olarak yayımlanmak üzere kabul edildi; ön baskısı 30 Eylül'de arXiv'de paylaşılmıştı.

Karanlık galaksi ne demek?

Karanlık galaksi, karanlık madde haleleri içinde gaz tutan ama hiç ya da neredeyse hiç yıldız oluşturmamış varsayımsal sistemlere verilen ad. Standart kozmoloji modeli, küçük kütleli karanlık madde halelerinin büyüklerden çok daha kalabalık olduğunu öngörüyor ve bunların bir kısmında yıldız oluşumunun hiç başlamamış olması bekleniyor. Makalenin giriş bölümünde vurgulandığı gibi, böyle cisimleri bulmak yıldız oluşumunu baskılayan süreçleri anlamaya, kozmolojik simülasyonları sınamaya ve karanlık maddenin fiziğini yoklamaya yardım edebilir.

Yıldızsız bir gaz bulutunu yakalamanın yolu radyo gözlemi. Nötr hidrojen 21 santimetre dalga boyunda yayın yapıyor ve büyük radyo çanakları bu sinyali yıldızlar görünmeyecek kadar sönük olsa bile alabiliyor. Ancak tek bir teleskobun ölçümü, insan kaynaklı radyo girişimiyle karıştırılabiliyor. Bu yüzden en sağlam doğrulama, aynı kaynağı farklı yerlerdeki iki ayrı teleskopla görmek.

İki teleskop, aynı sinyal

Ekip, artık hizmet dışı olan Porto Riko'daki Arecibo teleskobuyla yürütülen ALFALFA taramasından daha önce derlenmiş 142 karanlık galaksi adayını, Çin'in 500 metrelik FAST teleskobunun FASHI taramasıyla karşılaştırdı. İki katalog arasında 13 ortak kaynak çıktı. Parlak galaksilere yakın olanlar, görsel denetimi yapılamayanlar ve olası optik karşılığı bulunanlar elendiğinde en iyi aday olarak AGC 322753 kaldı.

Makaleye göre iki teleskobun ölçtüğü uzaklaşma hızı ve çizgi biçimi neredeyse birebir örtüşüyor. Farklı alıcılarla, farklı zamanlarda yapılan iki gözlemin aynı sonucu vermesi, sinyalin girişim kaynaklı olma ihtimalini dışlıyor. Her iki tayfta görülen çift tepeli profil de gazın bir disk içinde düzenli biçimde döndüğüne işaret ediyor. Cisim yaklaşık 95 megaparsek, yani 310 milyon ışık yılı uzaklıkta.

İki teleskobun ışın alanlarının kesiştiği bölge, olası yıldız karşılığının aranacağı alanı da daralttı. Araştırmacılar bu alanı DESI Legacy Imaging Surveys görüntülerinde, ayrıca SDSS, Pan-STARRS, GALEX ve WISE verilerinde taradı. Alandaki adayların ya ön plandaki Samanyolu yıldızları ya da çok daha uzaktaki arka plan galaksileri olduğu anlaşıldı.

Yıldız yok mu, yoksa görünmüyor mu?

Boş bir görüntü yıldız olmadığı anlamına gelmiyor. Ekip bu nedenle görüntülerin ne kadar sönük bir galaksiyi kaçırabileceğini hesapladı ve yıldız kütlesi için yaklaşık 50 milyon Güneş kütlesi üst sınırı buldu. Buna göre AGC 322753'teki nötr hidrojen, yıldızların en az 40 katı. Bu sınırın, yıldızların ne kadar geniş bir alana yayıldığı gibi varsayımlara bağlı olduğu da belirtiliyor.

Çalışmanın dikkat çeken sonucu gaz kütlesinin büyüklüğüyle ilgili: AGC 322753'teki hidrojen, simülasyonların tamamen yıldızsız haleler için öngördüğünden fazla. Bu da cismin aslında tümüyle karanlık olmayabileceğini, mevcut algılama sınırının altında kalan çok sönük bir yıldız topluluğu barındırabileceğini düşündürüyor. Emsali de var: Daha önce karanlık galaksi adayı olarak duyurulan FAST J0139+4328, derin görüntülerde sönük yıldızları bulununca sönük bir cüce galaksi olarak yeniden sınıflandırılmıştı.

Bir başka olasılık, gazın komşu galaksilerin kütleçekimsel etkileşimiyle koparılmış bir gelgit kuyruğu olması. Aynı hızla hareket eden en yakın iki galaksi, gökyüzü izdüşümünde yaklaşık 290 ve 330 kiloparsek uzakta. Makaleye göre bu uzaklık, gaz kütlesinin büyüklüğü ve dönme izi gelgit kökenine karşı çıkıyor; yine de bu senaryo tamamen dışlanmış değil.

Sırada ne var?

Adayın kesinleşmesi için iki adım gerekiyor: gazın gerçekten dönen bir disk olup olmadığını haritalayacak daha keskin interferometrik radyo gözlemleri ve gizli yıldızları ortaya çıkarabilecek daha derin optik görüntüler. FAST'in daha önce bulduğu J1351+0039 adayı gibi örnekler çoğaldıkça, karanlık galaksilerin gerçekten var olup olmadığı sorusu da netleşecek. Yıldızlar sonunda bulunsa bile, bu kadar çok gaza sahip olup bu kadar az yıldız üretmiş bir galaksi açıklanmayı bekleyen bir bilmece olarak kalacak.