Med hjälp av Hubbles Advanced Camera for Surveys har astronomer kunnat kartlägga osynlig mörk materia i en avlägsen galax, vilket gjorde det möjligt för dem att skapa en av de skarpaste och mest detaljerade kartorna över mörk materia i universum. Att leta efter osynlig och obestämd fråga är ett svårt jobb, men en som astronomer har försökt göra i över ett decennium. Denna nya karta kan också ge ledtrådar om andra mystiska saker i universum - mörk energi - och vilken roll den spelade i universumets tidiga bildande år.
Ett team som leddes av Dan Coe på JPL använde Hubble för att titta på Abell 1689, som ligger 2,2 miljarder ljusår bort. Klusterens tyngdkraft, som mestadels kommer från mörk materia, fungerar som ett kosmiskt förstoringsglas, böjer och förstärker ljuset från avlägsna galaxer bakom det. Denna effekt, kallad gravitationslinsning, producerar flera, snedställda och förstorade bilder av dessa galaxer, vilket gör att galaxerna ser förvrängda och otydliga ut. Genom att studera de förvrängda bilderna uppskattade astronomerna mängden mörk materia i klustret. Om klusterens gravitation bara kom från de synliga galaxerna, skulle linsförvrängningarna vara mycket svagare.
Vad de hittade tyder på att galaxklyngar kan ha bildats tidigare än väntat, innan drivningen av mörk energi hämmade deras tillväxt.
Mörk energi skjuter galaxer från varandra genom att sträcka utrymmet mellan dem och därmed undertrycka bildandet av jätte- strukturer som kallas galaxklyngar. Ett sätt astronomer kan undersöka detta urskott är genom att kartlägga fördelningen av mörk materia i kluster.
"De linsade bilderna är som ett stort pussel," sa Coe. "Här har vi för första gången räknat ut ett sätt att ordna massan av Abell 1689 så att den linser alla dessa bakgrundsgalaxier till deras observerade positioner." Coe använde den här informationen för att producera en karta med högre upplösning av klustrets mörka materialfördelning än vad som var möjligt tidigare.
Baserat på deras massakarta med högre upplösning, bekräftar Coe och hans medarbetare tidigare resultat som visar att kärnan i Abell 1689 är mycket tätare i mörk materia än väntat för ett kluster av dess storlek, baserat på datorsimuleringar av strukturtillväxt. Abell 1689 går med i en handfull andra väl studerade kluster som har liknande täta kärnor. Upptäckten är överraskande, eftersom drivningen av mörk energi tidigt i universums historia skulle ha försvagat tillväxten av alla galaxklyngar.
"Galaxy-kluster måste därför ha börjat bilda miljarder år tidigare för att bygga upp till de siffror vi ser idag," sa Coe. ”Vid tidigare tider var universum mindre och tätare packad med mörk materia. Abell 1689 verkar ha fått god mat vid födseln av den täta materien som omger den i det tidiga universum. Klustret har tagit denna bulk med sig genom sitt vuxna liv att se ut som vi ser det idag. ”
Astronomer planerar att studera fler kluster för att bekräfta det möjliga inflytandet av mörk energi. Ett stort Hubble-program som kommer att analysera mörk materia i gigantiska galaxkluster är Cluster Lensing och Supernova-undersökningen med Hubble (CLASH). I denna undersökning kommer teleskopet att studera 25 kluster under totalt en månad under de kommande tre åren. CLASH-klustren valdes ut på grund av deras starka röntgenemission, vilket indikerar att de innehåller stora mängder varm gas. Detta överflöd innebär att klustren är extremt massiva. Genom att observera dessa kluster kommer astronomer att kartlägga fördelningen av mörk materia och leta efter mer avgörande bevis för tidig klusterbildning, och eventuellt tidigt mörk energi.
