W gigantycznych gromadach setek lub tysięcy galaktyk niezliczone gwiazdy wędrują wśród galaktyk jak zagubione dusze, emitując upiorną mgiełkę światła. Gwiazdy te nie są związane grawitacyjnie z żadną galaktyką w gromadzie.
Dręczącym pytaniem dla astronomów było: w jaki sposób gwiazdy zostały tak rozproszone w gromadzie? Kilka konkurencyjnych teorii obejmuje możliwość, że gwiazdy zostały wyrwane z galaktyk gromady, zostały podrzucone po zderzeniu galaktyk lub były obecne na wczesnym etapie formowania się gromady, wiele miliardów lat temu.
Niedawny przegląd w podczerwieni z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a NASA, który szukał tego tak zwanego “światła wewnątrz gromady”, rzuca nowe światło na tajemnicę. Nowe obserwacje Hubble’a sugerują, że te gwiazdy wędrują od miliardów lat i nie są produktem niedawnej dynamicznej aktywności wewnątrz gromady galaktyk, która pozbawiłaby je normalnych galaktyk.
Badanie obejmowało 10 gromad galaktyk oddalonych nawet o prawie 10 miliardów lat świetlnych. Pomiary te muszą być wykonane z kosmosu, ponieważ słabe światło wewnątrz gromady jest 10 000 razy słabsze niż nocne niebo widziane z Ziemi.
Badanie ujawnia, że część światła wewnątrz gromady w stosunku do całkowitego światła w gromadzie pozostaje stała, patrząc na miliardy lat wstecz. „Oznacza to, że gwiazdy te były już bezdomne we wczesnych stadiach formowania się gromady” – powiedział James Jee z Uniwersytetu Yonsei w Seulu w Korei Południowej. Jego wyniki zostały opublikowane w numerze magazynu Nature z 5 stycznia.
Gwiazdy mogą zostać rozproszone poza ich galaktycznym miejscem narodzin, gdy galaktyka porusza się przez gazową materię w przestrzeni między galaktykami, gdy okrąża centrum gromady. W tym procesie opór wypycha gaz i pył z galaktyki. Jednak w oparciu o nowy przegląd Hubble’a, Jee wyklucza ten mechanizm jako główną przyczynę produkcji gwiazd wewnątrz gromady. Dzieje się tak dlatego, że frakcja światła wewnątrz gromady wzrastałaby z czasem do chwili obecnej, gdyby głównym graczem był stripping. Ale tak nie jest w przypadku nowych danych Hubble’a, które pokazują stały ułamek na przestrzeni miliardów lat.
„Nie wiemy dokładnie, co sprawiło, że stały się bezdomne. Obecne teorie nie mogą wyjaśnić naszych wyników, ale w jakiś sposób zostały wyprodukowane w dużych ilościach we wczesnym wszechświecie” – powiedział Jee. „We wczesnych latach formowania się galaktyki mogły być dość małe i dość łatwo krwawiły z gwiazd z powodu słabszego uchwytu grawitacyjnego”.
„Jeśli odkryjemy pochodzenie gwiazd wewnątrz gromady, pomoże nam to zrozumieć historię składania całej gromady galaktyk i mogą one służyć jako widoczne ślady ciemnej materii otaczającej gromadę” – powiedział Hyungjin Joo z Yonsei University, pierwszy autor papieru. Ciemna materia to niewidzialne rusztowanie wszechświata, które utrzymuje razem galaktyki i gromady galaktyk.
Gdyby wędrujące gwiazdy powstały w wyniku stosunkowo niedawnej gry w pinball wśród galaktyk, nie miałyby one wystarczająco dużo czasu, aby rozproszyć się po całym polu grawitacyjnym gromady, a zatem nie prześledziłyby rozkładu ciemnej materii gromady. Ale jeśli gwiazdy narodziły się we wczesnych latach gromady, będą całkowicie rozproszone po całej gromadzie. Umożliwiłoby to astronomom wykorzystanie krnąbrnych gwiazd do mapowania rozkładu ciemnej materii w gromadzie.
Ta technika jest nowa i uzupełnia tradycyjną metodę mapowania ciemnej materii poprzez pomiar, w jaki sposób cała gromada wypacza światło z obiektów tła w wyniku zjawiska zwanego soczewkowaniem grawitacyjnym.
Światło wewnątrz gromady zostało po raz pierwszy wykryte w gromadzie galaktyk Coma w 1951 roku przez Fritza Zwicky’ego, który poinformował, że jednym z jego najciekawszych odkryć była obserwacja jasnej, słabej materii międzygalaktycznej w gromadzie. Ponieważ gromada Coma, zawierająca co najmniej 1000 galaktyk, jest jedną z najbliższych gromad względem Ziemi (330 milionów lat świetlnych), Zwicky był w stanie wykryć widmowe światło nawet za pomocą skromnego 18-calowego teleskopu.
Możliwości i czułość Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba w zakresie bliskiej podczerwieni znacznie rozszerzy poszukiwania gwiazd wewnątrz gromady głębiej we Wszechświecie, a zatem powinno pomóc w rozwiązaniu zagadki.