En konstnärs intryck av två kolliderande galaxer. Bildkredit: ESO Klicka för förstoring
Mörk materia är ett mystiskt ämne som verkar stå för 25% av universumets massa. Europeiska astronomer har uppmätt mängden mörk materia i flera galaxer och funnit att en stor del av dem är ur balans; deras interna rörelser är mycket störda. Det betyder att många galaxer - så mycket som 40% - nyligen har gått igenom sammanslagningar eller nära kollisioner.
Ett internationellt team av astronomer studerade flera tiotals avlägsna galaxer och fann att galaxer hade samma mängd mörk materia relativt stjärnorna för 6 miljarder år sedan som de har nu. Om det bekräftas tyder detta på ett mycket närmare samspel mellan mörk och normal materia än tidigare trott. Forskarna fann också att så många som fyra av 10 galaxer är i balans. Dessa resultat kastar ett nytt ljus på hur galaxer formas och utvecklas eftersom universum bara var hälften av sin nuvarande ålder.
"Detta kan innebära att kollisioner och sammanslagning är viktiga i bildandet och utvecklingen av galaxer", sade Francois Hammer, Paris Observatory, Frankrike och en av ledarna för teamet.
Forskarna var intresserade av att ta reda på hur galaxer som är långt borta - alltså sett som de var när universum var yngre - utvecklades till de i närheten. I synnerhet ville de studera vikten av mörk materia i galaxer.
"Mörk materia, som består av cirka 25% av universum, är ett enkelt ord för att beskriva något vi verkligen inte förstår," sade Hector Flores, medledare. "Från att titta på hur galaxen roterar, vet vi att mörk materia måste vara närvarande, eftersom annars skulle dessa gigantiska strukturer bara upplösa sig."
I närliggande galaxer, och i vår egen mjölkväg för den delen, har astronomer funnit att det finns ett samband mellan mängden mörk substans och vanliga stjärnor: för varje kilogram material i en stjärna finns det ungefär 30 kg mörk materia. Men kvarstår detta förhållande mellan mörk och vanlig materia fortfarande i universumets förflutna?
Detta krävde mätning av hastigheten i olika delar av avlägsna galaxer, ett ganska knepigt experiment: tidigare mätningar kunde verkligen inte undersöka dessa galaxer i tillräckliga detaljer, eftersom de var tvungna att välja en enda slits, dvs en enda riktning, över galaxen.
Saker förändrades med tillgängligheten av GIRAFFE-spektrografen med flera objekt, nu installerad på 8,2 m Kueyen-enhetsteleskopet från ESO: s Very Large Telescope (VLT) vid Paranal Observatory (Chile).
I ett läge, känt som "3-D-spektroskopi" eller "integrerat fält", kan detta instrument erhålla samtidigt spektra av mindre områden med utökade föremål som galaxer eller nebulosor. För detta, 15 distribuerbara fiberpaket, de så kallade Integral Field Units (IFU), jfr. ESO PR 01/02, används för att göra noggranna mätningar av avlägsna galaxer. Varje IFU är en mikroskopisk toppmodern tvådimensionell linsuppsättning med en öppning på 3 x 2 arcsec2 på himlen. Det är som ett insekts öga, med tjugo mikrolinser i kombination med optiska fibrer som leder ljuset som registrerades vid varje punkt i fältet till spektrografens ingångsspalter.
"GIRAFFE på ESOs VLT är det enda instrumentet i världen som kan analysera samtidigt ljuset som kommer från 15 galaxer som täcker ett synfält nästan lika stort som fullmånen," säger Mathieu Puech, huvudförfattare till en tidning som presenterar resultat. "Varje galax som observeras i detta läge är uppdelad i kontinuerliga mindre områden där spektra erhålls på samma gång."
Astronomerna använde GIRAFFE för att mäta hastighetsfält i flera tiotals avlägsna galaxer, vilket ledde till den överraskande upptäckten att så mycket som 40% av avlägsna galaxer var "ur balans" - deras inre rörelser var mycket störd - ett möjligt tecken på att de är fortfarande visar efterdyningarna av kollisioner mellan galaxer.
När de begränsade sig till endast de galaxer som uppenbarligen har nått sin jämvikt, fann forskarna att förhållandet mellan den mörka materien och det stellära innehållet inte tycktes ha utvecklats under de senaste 6 miljarder åren.
Tack vare sin utsökta spektrala upplösning tillåter GIRAFFE också för första gången att studera distributionen av gas som en funktion av densiteten i sådana avlägsna galaxer. De mest spektakulära resultaten avslöjar ett möjligt utflöde av gas och energi som drivs av den intensiva stjärnbildningen i galaxen och en gigantisk region med mycket varm gas (HII-regionen) i en galax i jämvikt som producerar många stjärnor.
"En sådan teknik kan utvidgas för att få kartor över många fysiska och kemiska egenskaper hos avlägsna galaxer, vilket gör det möjligt för oss att studera i detalj hur de samlade sin massa under hela deras liv," sa Fran ois Hammer. "I många avseenden ger GIRAFFE och dess multiintegrerade fältläge oss en första smak av vad som kommer att uppnås med framtida extremt stora teleskop."
Ursprungskälla: ESO News Release
