Dwarf galax I Zwicky 18. Bildkredit: NASA. Klicka för att förstora
Ledtrådar som avslöjats av den nyligen skärpta utsikten över rymdteleskopet Hubble har gjort det möjligt för astronomer att kartlägga platsen för osynlig ”mörk materia” i enastående detalj i två mycket unga galaxkluster.
Ett team från Johns Hopkins University-Space Telescope Science Institute rapporterar sina resultat i decemberutgåvan av Astrophysical Journal. (Andra, mindre detaljerade observationer dök upp i publiceringen i januari 2005 av denna publikation.)
Teamets resultat ger trovärdighet till teorin om att galaxerna vi kan se bildas i de tätaste regionerna av "kosmiska banor" av osynlig mörk materia, precis som skum samlas ovanpå havsvågorna, sa studiens medförfattare Myungkook James Jee, assistentforskning forskare vid Henry A. Rowland Institutionen för fysik och astronomi i Johns Hopkins Krieger School of Arts and Sciences.
"Framstegen inom datateknik gör det nu möjligt för oss att simulera hela universumet och följa materiens sammanbrott i stjärnor, galaxer, galaxkluster och enormt långa materialfilament från de första hundra tusen åren till nutid," sade Jee. "Det är emellertid mycket utmanande att verifiera simuleringsresultaten observerande, eftersom mörk materia inte avger ljus."
Jee sa att teamet mätte den subtila gravitations "linsen" som framgår av Hubble-bilder? det vill säga de små snedvridningarna av galaxernas former orsakade av tyngdkraft från osynlig mörk materia? att producera sina detaljerade kartor över mörk materia. De genomförde sina observationer i två kluster av galaxer som bildades när universum var ungefär hälften av sin nuvarande ålder.
"De bilder vi tog visar tydligt att klustergalaxerna är belägna i de tätaste områdena av mörkmaterialhaloerna, som är gjorda i lila i våra bilder," sa Jee.
Arbetet stärker teorin om att mörk materia? som utgör 90 procent av materien i universum? och synliga ämnen bör sammanfalla på samma platser eftersom tyngdekraften drar dem ihop, sade Jee. Koncentrationer av mörk materia bör locka synlig substans och som ett resultat bidra till bildandet av lysande stjärnor, galaxer och galaxkluster.
Mörk materia utgör ett av de mest förbryllande problemen i modern kosmologi. Osynlig, men ändå utan tvekan där? forskare kan mäta dess effekter? dess exakta egenskaper förblir svårfångade. Tidigare försök att kartlägga mörk materia i detalj med markbaserade teleskop handikappades av turbulens i jordens atmosfär, vilket gjorde de resulterande bilderna suddiga.
"Att observera genom atmosfären är som att försöka se detaljerna i en bild längst ner i en pool full av vågor," sade Holland Ford, en av tidningens medförfattare och professor i fysik och astronomi vid Johns Hopkins.
Johns Hopkins-STScI-teamet kunde övervinna det atmosfäriska hindret genom att använda det rymdbaserade Hubble-teleskopet. Installationen av Advanced Camera for Surveys i Hubble för tre år sedan var en extra välsignelse, vilket ökade upptäcktseffektiviteten för den tidigare HST med en faktor 10.
Teamet koncentrerade sig på två galaxkluster (var och en innehåller mer än 400 galaxer) på den södra himlen.
"Dessa bilder var faktiskt huvudsakligen avsedda att studera galaxerna i klustren och inte linsen för bakgrundsgalaxerna," sa medförfattaren Richard White, en STScI-astronom som också är chef för Hubble-dataarkiv för STScI. ”Men bildernas skärpa och känslighet gjorde dem idealiska för detta projekt. Det är den verkliga skönheten i Hubble-bilder: de kommer att användas i flera år för nya vetenskapliga undersökningar. "
Resultatet av teamets analys är en serie med levande detaljerade, datorsimulerade bilder som illustrerar den mörka materiens placering. Enligt Jee ger dessa bilder forskare en enastående möjlighet att dra slutsatser om mörk materiens egenskaper.
Den klumpade strukturen av mörk materia runt klustergalaxerna överensstämmer med den nuvarande uppfattningen att partiklar av mörk materia är "kollisionslösa", sade Jee. Till skillnad från normala materialpartiklar, tror fysiker, de kolliderar inte och sprids som biljardbollar utan passerar helt enkelt genom varandra.
”Kollisionslösa partiklar bombarderar inte varandra, som två väteatomer gör. Om partiklar av mörkt material var kollisioner skulle vi observera en mycket jämnare fördelning av mörk materia, utan några småskaliga klumpiga strukturer, ”sade Jee.
Ford sa att denna studie visar att ACS är unikt fördelaktigt för gravitationslinsningsstudier och med tiden kommer att avsevärt förbättra förståelsen för bildandet och utvecklingen av den kosmiska strukturen såväl som för mörk materia.
"Jag är oerhört glädjad över att de sju år av hårt arbete som så många begåvade forskare och ingenjörer för att göra Advanced Camera for Surveys ger hela mänskligheten djupare bilder och förståelser om vårt fantastiska universums ursprung," sade Ford, som är huvudutredare för ACS och en ledare för vetenskapsteamet.
ACS-forsknings- och ingenjörsteamet är koncentrerat vid Johns Hopkins University och Space Telescope Science Institute på universitetets Homewood-campus i Baltimore. Det inkluderar också forskare från andra stora universitet i USA och Europa. ACS utvecklades av teamet under NASA-kontraktet NAS5-32865 och denna forskning stöds av NASA-bidrag NAG5-7697.
Originalkälla: JHU News Release
