En strøm af stjerner fra kuglehoben M68 giver astronomer et skarpere bud på Mælkevejens tyngdefelt. Et studie offentliggjort den 22. oktober i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society kombinerer Gaia-målinger med spektroskopi fra DESI og finder støtte til en fladtrykt halo af mørkt stof.

Forskerne udvalgte 96 stjerner i strømmen, der også kaldes Fjörm. Alle har målt radialhastighed, altså bevægelsen langs synslinjen. Til selve tilpasningen af galaksens tyngdefelt brugte holdet 44 stjerner, der passer til modellens beskrivelse af stjerner revet løs fra hoben, sammen med Mælkevejens rotationskurve.

Arbejdet blev først fremlagt som preprint den 15. august; nu er det accepterede manuskript offentliggjort i tidsskriftet.

Et spor efter galaksens tyngdekraft

Stjernestrømme opstår, når stjerner slipper fri fra eksempelvis en kuglehob og fordeler sig langs dens bane. De enkelte stjerner fortsætter gennem galaksens tyngdefelt. Strømmens form og bevægelser kan derfor bruges som spor efter den masse, der påvirker den.

En forskningsoversigt om stjernestrømme i Gaia-æraen beskriver dem som følsomme sonder for Mælkevejens tyngdekraft. De kan både hjælpe med at undersøge den store massefordeling og mindre forstyrrelser undervejs. Men sådanne forstyrrelser behøver ikke kun at komme fra mørkt stof; almindelige strukturer i galaksen spiller også en rolle.

Metoden minder om at udlede landskabets hældning ud fra bevægelserne af kugler, der ruller hen over det. Astronomerne kan ikke se hele det gravitationelle landskab direkte. De sammenholder i stedet de observerede bevægelser med beregninger af, hvordan stjerner burde bevæge sig i forskellige modeller.

To instrumenter giver forskellige brikker

Gaia har kortlagt stjerners placeringer og bevægelser med stor præcision. Ifølge ESA indsamlede missionen over tre billioner observationer af omkring to milliarder stjerner og andre objekter fra juli 2014 til januar 2025. De afsluttede observationer bliver fortsat bearbejdet til nye dataudgivelser.

Det nye studie bruger Gaia DR3, som blev offentliggjort i 2022. Det er et eksempel på, at allerede indsamlede rumdata kan føre til nye resultater, når de kombineres med andre målinger. Nyhedsdatoen er altså ikke datoen, hvor alle de omtalte stjerner blev observeret.

DESI bidrager med spektre: stjernelys opdelt efter bølgelængde. Projektets stjernekatalog indeholder blandt andet radialhastigheder og oplysninger om stjerners atmosfærer. Hvor en bevægelse hen over himlen fortæller én del af historien, tilføjer hastigheden mod eller væk fra os en anden.

Instrumentet bruger 5.000 robotstyrede positioner til optiske fibre, som fører lys videre til spektrografer. Det er bygget til at måle mange objekter i samme observation. Den store kapacitet er nyttig, når astronomer skal lede efter en forholdsvis lille gruppe beslægtede stjerner blandt mange andre.

Haloen ser fladtrykt ud i modellen

Analysen finder et akseforhold på cirka 0,83 for haloen, med en rapporteret usikkerhed på plus 0,06 og minus 0,05. Forskerne beskriver formen som fladtrykt. De beregner også galakseskivens masse til cirka 53 milliarder solmasser, med en usikkerhed på omtrent seks milliarder.

Strømmen ligger tæt på og næsten parallelt med galakseskiven, hvilket gør den anvendelig til netop disse størrelser. Men den observerede strøm er bredere end forventet i simuleringerne. Det er et tegn på, at en enkel, uforanderlig og rotationssymmetrisk model ikke beskriver alle de udvalgte stjerner.

En måling af tyngdekraft, ikke et foto af mørkt stof

Resultatet er derfor en begrænsning af mulige modeller, ikke en direkte optagelse af haloens omrids. Det fortæller heller ikke, hvilken partikel mørkt stof eventuelt består af. Tallene skal læses sammen med valget af stjerner og antagelserne om deres bevægelse.

Det er netop kombinationen af flere slags observationer, der gør undersøgelsen interessant. En stjernestrøm giver et lokalt spor gennem galaksen, mens rotationskurven bidrager med et andet blik på tyngdefeltet. Når de to skal passe i samme beskrivelse, bliver der mindre plads til vilkårlige modeller – og tydeligere steder, hvor beskrivelsen stadig mangler noget.

Kilder og videre læsning

Har du fundet en fejl? Læs om rettelser.