Hubbles syn på det massiva galaxklusteret MACS J0717.5 + 3745. Kreditera:
NASA, ESA, Harald Ebeling (University of Hawaii at Manoa) & Jean-Paul Kneib (LAM)
Tidigare i år kunde astronomer som använder Hubble Space Telescope identifiera en smal glödtråd av mörk materia som tycktes binda ett par avlägsna galaxer tillsammans. Nu har ytterligare ett glödtråd hittats, och forskare a har kunnat producera en 3D-bild av glödtråden, första gången någonsin att den svår att upptäcka mörk materia har kunnat mätas i sådan detalj. Deras resultat antyder att glödtråden har en hög massa och, säger forskarna, att om dessa mätningar är representativa för resten av universum, kan dessa strukturer innehålla mer än hälften av all massa i universum.
Mörk materia tros ha varit en del av universum från början, en rest från Big Bang som skapade ryggraden för universums storskaliga struktur.
"Filament på den kosmiska webben är enormt utsträckta och mycket diffusa, vilket gör dem extremt svåra att upptäcka, än mindre studera i 3D," säger Mathilde Jauzac, från Laboratoire d'Astrophysique de Marseille i Frankrike och University of KwaZulu-Natal, i söder Afrika, huvudförfattare till studien.
Teamet kombinerade högupplösta bilder av regionen runt det massiva galaxklusteret MACS J0717.5 + 3745 (eller MACS J0717 för kort) - en av de mest kända galaxklyngarna och fann att glödtråden sträcker sig cirka 60 miljoner ljusår från klustret.
Teamet sa att deras observationer ger det första direkta glimtet av formen på ställningen som ger universum sin struktur. De använde Hubble, NAOJ: s Subaru-teleskop och Kanada-Frankrike-Hawaii-teleskopet, med spektroskopiska data om galaxerna i det från WM Keck-observatoriet och Gemini-observatoriet. Analysera dessa observationer tillsammans ger en fullständig bild av glödtrådens form när den sträcker sig ut från galaxklyngen nästan längs vår siktlinje.
Teamet detaljerade sitt ”recept” för att studera den stora men diffusa glödtråden. .
Första ingrediensen: Ett lovande mål. Teorier om kosmisk evolution tyder på att galaxkluster bildas där filament på den kosmiska banan möts, varvid filamenten långsamt tränger materia in i klusterna. "Från vårt tidigare arbete med MACS J0717 visste vi att detta kluster växer aktivt och därmed ett huvudmål för en detaljerad studie av den kosmiska webben," förklarar medförfattaren Harald Ebeling (University of Hawaii i Manoa, USA), som ledde teamet som upptäckte MACS J0717 för nästan ett decennium sedan.
Andra ingrediensen: Avancerade linseringstekniker för gravitation. Albert Einsteins berömda teori om allmän relativitet säger att ljusets väg är böjd när den passerar genom eller nära föremål med en stor massa. Filmer från den kosmiska banan består till stor del av mörk materia [2] som inte kan ses direkt, men deras massa är tillräckligt för att böja ljuset och förvrida bilderna av galaxer i bakgrunden, i en process som kallas gravitationslinser. Teamet har utvecklat nya verktyg för att konvertera bildförvrängningar till en masskarta.
Tredje ingrediens: Högupplösta bilder. Gravitationslinsning är ett subtilt fenomen, och för att studera den behöver detaljerade bilder. Hubble-observationer låter teamet studera den exakta deformationen i formen av många galna galaxer. Detta avslöjar i sin tur var den dolda mörka materieltråden ligger. "Utmaningen", förklarar medförfattaren Jean-Paul Kneib (LAM, Frankrike), "var att hitta en modell av klustrets form som passade till alla linsfunktioner som vi observerade."
Slutligen: Mätningar av avstånd och rörelser. Hubbles observationer av klustret ger den bästa tvådimensionella kartan ännu om ett glödtråd, men för att se dess form i 3D krävdes ytterligare observationer. Färgbilder [3], såväl som galaxhastigheter uppmätta med spektrometrar [4] med hjälp av data från Subaru, CFHT, WM Keck och Gemini North teleskop (alla på Mauna Kea, Hawaii), gjorde det möjligt för teamet att hitta tusentals galaxer inom glödtråden och att upptäcka rörelserna hos många av dem.
En modell som kombinerade positions- och hastighetsinformation för alla dessa galaxer konstruerades och detta avslöjade sedan 3D-formen och orienteringen av filamentstrukturen. Som ett resultat kunde teamet mäta de verkliga egenskaperna hos denna svårfångade filamentstruktur utan de osäkerheter och fördomar som kommer från att projicera strukturen i två dimensioner, vilket är vanligt i sådana analyser.
De erhållna resultaten pressar gränserna för förutsägelser gjorda av teoretiskt arbete och numeriska simuleringar av den kosmiska banan. Med en längd på minst 60 miljoner ljusår är glödtråden MACS J0717 extrem även på astronomiska vågar. Och om dess massainnehåll, som uppmäts av teamet, kan anses vara representativt för filament nära jätte- kluster, kan dessa diffusa länkar mellan noderna på den kosmiska banan innehålla ännu mer massa (i form av mörk materia) än teoretiker förutspådde.
Mer information i denna ESA HubbleCast-video:
Källa: ESA Hubble
