Dvärggalaxer har visat sig vara användbara indikatorer på tillståndet i det unga universum. Forskare vid Oskar Klein-centret i Stockholm har i en ny uppsättning avancerade kosmologiska simuleringar undersökt exakt hur pass bra dessa små stjärnsystem kan berätta om universums barndom.
Dvärggalaxer är små, ljussvaga galaxer. De allra minsta, kallade ”ultrasvaga dvärggalaxer”, har knappt en miljondel av antalet stjärnor i Vintergatan. Dessa system domineras av mörk materia, vilket gör dem till utmärkta laboratorier för att studera den mörka materians natur.
Dvärggalaxernas storlek gör dem känsliga för astrofysikaliska processer, såsom supernovaexplosioner. Sådana processer kan lämna tydliga spår i dvärggalaxer när de är unga, och senare observeras av forskare som en tidskapsel. Sedan början av 2000-talet har antalet observerade dvärggalaxer bundna till Vintergatan ökat från bara en handfull till över 60, tack vare kartläggningar som Sloan Digital Sky Survey (SDSS), Dark Energy Survey (DES) och Pan-STARRS.
Sambandet mellan miljön i det unga universum och vilka spår av det vi kan hitta i Vintergatans dvärggalaxer är vad forskare, bland annat vid Oskar Klein-centret, har undersökt. Azadeh Fattahi, är ledare för forskargruppen vid Oskar Klein Center. I studien använde forskarna kosmologiska simuleringar som modellerade hur universum och dess innehåll utvecklats från big bang till nutid. Simuleringarna fokuserade på att återskapa små, ljussvaga dvärggalaxer, vilka kan vara svåra att observera på grund av sin storlek. Länk till forskningsartikeln.
– En av de största utmaningarna med studien var att ha tillräckligt med datoresurser för att modellera de små galaxerna när simuleringarna har hög upplösning, säger Azadeh Fattahi, medförfattare till studien och forskningsledare vid Oskar Klein-centret. Azadeh Fattahi förklarar att bildandet och utvecklingen av dvärggalaxer är känsliga för olika processer, och många detaljer om dessa processer är ännu inte förstådda.
– När simuleringarna har hög upplösning kan vi modellera detaljer om dessa processer i små skalor, vilket gör det viktigt att modellera detaljerna korrekt, säger Azadeh Fattahi. De fann att förändringarna i strålning av ultraviolett ljus i unga universum påverkade de minsta dvärggalaxerna mest, där högre intensitet kan fördröja eller förhindra stjärnbildning i de minsta dvärggalaxerna.
– Att dvärggalaxerna i simuleringen påverkades av förändringar i strålningen i det unga universum var inte förvånande eftersom vi kan förutsäga detta baserat på teorier vi har för hur galaxer bildas och utvecklas, säger Azadeh Fattahi.
Det som däremot förvånande var storleken på galaxer som bildades i simuleringen.
– Även om vi har en tillräckligt hög upplösning i simuleringen för att simulera dvärggalaxer med en stjärnmassa motsvarande endast tio solar, var det sällsynt att galaxer med en massa mindre än tusen solar bildades, säger Azadeh Fattahi.
Denna skenbara ”gräns” för hur mycket massa dvärggalaxerna kunde ha i simuleringarna anser Azadeh Fattahi vara överraskande och intressant.
Deras resultat har skapat nya frågor som Azadeh Fattahi vill besvara:
– Den gyllene frågan är den om den mörka materians natur. Jag hoppas att vi kan använda simuleringarna för att sätta vissa begränsningar för den mörka materian genom att separera effekterna av mörk materiens fysik från galaxbildningsprocesser, säger Azadeh Fattahi
– En annan fråga jag skulle vilja undersöka är relaterad till bildandet och utvecklingen av de första stjärnorna i universum. Eftersom det mesta av stjärnbildningen i ultrasvaga dvärggalaxer ägde rum när universum var mycket ungt, borde vi kunna använda deras egenskaper för att lära oss om de allra första stjärnorna.
Citat översatt från engelska.
