Våra trista grannar i rymden

De flesta människor har aldrig sett en galax av den typ som vi astronomer kallar dvärgsfäroidgalax. Som namnet säger är dessa galaxer mycket små och klotliknande utan att vara klotrunda. Trots att de är våra närmaste grannar i rymden är de knappt synliga ens i teleskop. Det totala ljuset från en dvärgsfäroidgalax är visserligen ungefär lika starkt som ljuset från en vanlig klotformig stjärnhop. Men medan ljuset från den klotformiga stjärnhopen är samlat inom ett litet område på stjärnhimlen är dvärgsfäroidgalaxernas ljus utspritt över tiotals gånger större yta.

Befolkar lokala gruppen

Runt vår hemvist i rymden, Vintergatan, finns det minst tio dvärgsfäroidgalaxer. Exakt hur många vet vi inte, för eftersom de är så bleka går det inte att vara säker på att vi ännu funnit dem alla. De är så svåra att hitta att de första inte upptäcktes förrän långt in på förra århundradet. Det var år 1938 som den amerikanske astronomen Harlow Shapley tog sig en extra titt på vad han först hade trott vara ett fingeravtryck på den fotografiska plåten. Så fann han den första av våra dvärggalaxer, Sculptor. Den finns på södra stjärnhimlen och är en av Vintergatans allra närmaste grannar, på 240 000 ljusårs avstånd.

Så ljussvaga galaxer kan bara studeras där vi bor, i den lokala gruppen, det vill säga den grupp av galaxer som Vintergatan tillhör. Gruppen domineras av de två jättespiralgalaxerna Vintergatan och Andromeda. Det är cirka 2,5 miljoner ljusår till Andromeda från Vintergatan. Precis som runt Vintergatan finns det också runt Andromeda ett antal dvärgsfäroidgalaxer och även andra dvärggalaxer. Totalt har vi hittills identifierat 41 dvärgsfäroidgalaxer i lokala gruppen och nya hittas nästan varje dag.

Jämfört med andra galaxer utmärker sig dvärgsfäroider genom att de inte har något tydligt centrum, alltså ingen ansamling av stjärnor i mitten. I stället är de i stort sett jämnt utsmetade över himlen. Inte ens för vanliga galaxer som Andromeda kan vi exakt bestämma var den tar slut och var den vanliga rymden (det så kallade intergalaktiska mediet) tar vid. Eftersom dvärgsfäroidgalaxerna är så glesa, blir det extra svårt att uppfatta deras yttersta gräns.

Inga stjärnor tänds längre

Jämfört med jättespiralgalaxer som Andromeda ter sig dvärgsfäroiderna ytterligt tråkiga. De tycks enbart bestå av åldriga stjärnor, de flesta flera miljarder år gamla. I Vintergatan och i oregelbundna dvärggalaxer i lokala gruppen finns många stjärnor som är mycket unga, bara någon miljon år gamla. Det finns till och med sådana som just håller på att bildas. Att det inte finns några yngre stjärnor i dvärgsfäroiderna beror på att dessa galaxer har gjort slut på all gas mellan stjärnorna – det finns inget material kvar för att bilda nya stjärnor.

Så varför lägga dyrbar teleskoptid på så tråkiga objekt? Det finns flera bra svar på den frågan, och de senaste tio årens intensiva forskande om dvärgsfäroiderna vittnar om detta. Förutom den allmänna upptäckarlusta som driver oss astronomer, är ett skäl att vi tror att det är enklare att studera stjärnbildning där den är avslutad än i jättegalaxerna som rymmer stjärnor av alla åldrar. De teorier som vi då kommer fram till kan sedan tillämpas på de mer komplexa jättespiralgalaxerna.

Inget mörkt där

Ett annat skäl är att dvärgsfäroiderna verkar innehålla stora mängder mörk materia, det vill säga materia som inte sänder ut ljus och därför inte är synlig. Vad den mörka materien egentligen består av vet vi mycket litet om, och att ta reda på dess egentliga natur är en av den moderna astronomins största frågor.

Att det finns mörk materia i en galax kan vi bara sluta oss till indirekt, nämligen genom att observera hur den mörka materien genom sin tyngdkraft påverkar rörelserna hos vanlig, synlig materia. I en spiralgalax som Vintergatan finner vi då att hela 90 procent av materien finns i form av mörk materia.

Vissa dvärgsfäroidgalaxer innehåller ännu högre andelar av mörk materia. Eftersom dvärggalaxer är talrikast av alla galaxer i universum, skulle det betyda att en väsentlig del av materien i kosmos finns i sådana galaxer.

Vad kan den mörka materien då vara för något? Många förslag har framförts, bland annat olika typer av exotiska och hittills aldrig sedda elementarpartiklar. När det gäller dvärgsfäroiderna fanns det tills nyligen ett mycket enkelt förslag: att materien i dem är mörk helt enkelt därför att vi ännu inte har sett den. Den skulle alltså bestå av helt vanliga stjärnor men så ljussvaga, och därmed lätta, att vi inte kunnat observera dem med jordbaserade teleskop.

Därför observerade mina forskarkolleger och jag en dvärgsfäroid, Ursa Minor, så länge med rymdteleskopet Hubble att vi även kunde se de riktigt ljussvaga stjärnorna på våra bilder. Vi räknade sedan stjärnorna och sorterade dem efter ljusstyrka.

Om den mörka materien i Ursa Minor hade bestått av vanlig materia, skulle andelen lätta och därmed svagt lysande stjärnor vara mycket större än i en klotformig stjärnhop som inte har någon mörk materia alls. Vi fann dock att andelen lätta stjärnor i Ursa Minor var exakt densamma som i en typisk klotformig stjärnhop, och denna teori kunde alltså skrinläggas.

Vintergatans halo

Ett annat forskningsområde som rör dvärgsfäroiderna är Vintergatans så kallade halo. Upptäckten år 1994 av Sagittariusdvärgen, en dvärgsfäroidgalax som håller på att slukas av Vintergatan, satte ny fart på spekulationerna om vad det är som omger vår galax. Vintergatan är nämligen inbäddad i ett stort moln av stjärnor, en halo, och det verkade som om en större del av Vintergatans stjärnhalo skulle kunna bestå av stjärnor från sönderslitna dvärgsfäroider.

En sådan förklaring skulle passa väl in i den förhärskande kosmologiska förklaringsmodellen som i stället för exotiska partiklar förespråkar så kallad kall mörk materia. Enligt den modellen bildades de mindre galaxerna först, för att senare kollidera och smälta samman till en större galax eller slå ihop sig med redan existerande galaxer.

Kanske ändå slukar

Halter av olika grundämnen i några enskilda stjärnor i tre olika dvärgsfäroider motsäger dock denna modell. Det var några amerikanska astronomer som med hjälp av världens största teleskop, Keck på Hawaii, hade tagit en närmare titt på dvärgsfäroidernas ämnessammansättning. De fann att den skiljer sig från halterna i liknande stjärnor i Vintergatans halo. Slutsatsen blev att Vintergatan kanske ändå inte har bildat sin halo genom att sluka dvärggalaxer en efter en.

Men eftersom endast fyra fem stjärnor har studerats i var och en av de tre dvärgsfäroiderna, tror jag personligen att sista ordet inte är sagt i denna diskussion. Erfarenheterna visar att betydligt fler stjärnor behövs för att resultaten ska vara statistiskt säkerställda.

Det finns dock andra bestickande indikationer på att långt ifrån hela Vintergatans halo kan ha byggts upp av sönderslitna dvärgsfäroider. Men några procent kan ha kommit in i halon den vägen, enligt våra datormodeller.

Med nya instrument, som den så kallade Flames på VLT (det stora europeiska teleskopet i Chile), blir det snart möjligt att studera grundämneshalterna i hundratals stjärnor i dvärgsfäroiderna och därmed avgöra deras betydelse för Vintergatans halo.