Under nästan ett sekel har astronomer förstått att universum är i ett tillstånd av expansion. Detta är en följd av den allmänna relativiteten och den hastighet som den expanderar är känd som Hubble-konstanten - uppkallad efter mannen som först märkte fenomenen. Astronomer har emellertid också lärt sig att galaxer och kluster också har rört sig närmare i förhållande till universum i storskaliga strukturer.
I decennier har astronomer försökt spåra hur dessa rörelser har skett under den kosmiska historien. Och tack vare internationella team av astronomers ansträngningar har den mest detaljerade kartan hittills skapats av banorna med galaxer som ligger inom Virgo Supercluster. Denna karta omfattar de tidigare rörelserna för nästan 1400 galaxer inom 100 miljoner ljusår, och visar hur vårt kosmiska område har förändrats.
Studien som beskriver deras forskning nyligen dök upp i The Astrophysical Journal under titeln "Action Dynamics of the Local Supercluster". Ledd av Edward J. Shaya från University of Maryland inkluderade teamet medlemmar från UH Institute of Astronomy, Racah Institute of Physics i Jerusalem och Institute for Research of the Fundamental Laws of the Universe (IRFU) i Paris.
För deras studie använde teamet data från CosmicFlows-undersökningarna, en serie med tre studier som beräknade avståndet och hastigheten för angränsande galaxer mellan 2011 och 2016. Flera medlemmar av studieteamet var involverade i dessa undersökningar, som de sedan tillsammans med andra uppskattningar för avstånd och tyngdkraftsfält för att konstruera en massiv flödesstudie av Virgo Supercluster.
Från detta kunde de skapa datormodeller som kartlade rörelserna för nästan 1400 galaxer inom 100 miljoner ljusår och under 13 miljarder år (bara 800 miljoner år efter Big Bang). Som Brent Tully, en astronom med UH Institute of Astronomy och en medförfattare till studien, förklarade i ett UH-pressmeddelande:
”För första gången visualiserar vi inte bara den detaljerade strukturen i vår lokala Supercluster av galaxer, men vi ser hur strukturen utvecklades under universums historia. En analogi är studiet av jordens nuvarande geografi från plattaktonikens rörelse. ”
Vad de fann var att deras modeller passar dagens hastighet flöde bra, vilket innebär att strukturerna och hastigheterna de observerade i sina modeller passar till det som har observerats från galaxer i dag. De bestämde också att inom det rymdområdet de kartlade är den största gravitationsattraktionen Virgo Cluster - som ligger cirka 50 miljoner ljusår bort och innehåller mellan 1300 och 2000 galaxer.
Dessutom visade deras studie att mer än tusen galaxer har fallit in i Virgo Cluster under de senaste 13 miljarder åren, medan alla galaxer inom 40 miljoner ljusår från klustret så småningom kommer att fångas. För närvarande ligger Vintergatan precis utanför denna infångningszon, men både Vintergatan och Andromedagalaxen är avsedda att slås samman under de kommande fyra miljarder åren.
När de väl har gjort det kommer den resulterande massiva galaxens öde att likna resten av galaxerna i studieområdet. Detta var en annan avhämtning från studien, där teamet bestämde att dessa fusionshändelser bara är en del av ett större mönster. I grund och botten finns det två övergripande flödesmönster inom det rymdområde de observerade. Inom en halvkula i denna region strömmar alla galaxer - inklusive Vintergatan - mot ett enda platt ark.
Samtidigt rör sig varje galax över hela rymdvolym mot gravitationsattraherare som ligger långt bortom studieområdet. De bestämde att dessa yttre krafter är ingen annan än Centaurus Supercluster - ett kluster av hundratals galaxer, som ligger ungefär 170 miljoner ljusår bort i Centaurus-konstellationen - och den stora attraktionen.
The Great attractor ligger 150 miljoner ljusår bort och är en mystisk region som inte kan ses på grund av dess plats (på motsatt sida av Vintergatan). Men i årtionden har forskare vetat att vår galax och andra närliggande galaxer rör sig mot den. Regionen är också kärnan i Laniakea Supercluster, en region som sträcker sig över 500 miljoner ljusår och innehåller cirka 100 000 stora galaxer.
Kort sagt, medan universum befinner sig i ett expansionsläge, indikerar dynamiken i galaxer och galaxkluster att de fortfarande graviterar in i tätare strukturer. Inom vårt kosmiska grannskap är huvudattraktionen helt klart Virgo Cluster, som påverkar alla galaxer inom en radion på 40 miljoner ljusår. Utöver detta är det Centaurus Supercluster och den stora attraktionen (som en del av den större Laniakea Supercluster) som drar i våra strängar.
Genom att kartlägga denna attraktionsprocess som har ägt rum under de senaste 13 miljarder åren kan astronomer och kosmologer se hur vårt universum har utvecklats under majoriteten av dess historia. Med tiden och förbättrade instrument som kan se ännu djupare in i kosmos (som James Webb Space Telescope) förväntas vi kunna söka ännu längre tillbaka mot kosmos början.
Att kartlägga hur vårt universum har förändrats över tid bekräftar inte bara våra kosmologiska modeller och verifierar dominerande teorier om hur materien beter sig på de största skalorna (dvs General Relativity). Det gör det också möjligt för forskare att förutsäga vårt universums framtid med en viss grad av säkerhet och modellera hur galaxer och superkluster så småningom kommer att samlas för att bilda ännu större strukturer.
Teamet skapade också en video som visar resultaten från sin studie, samt en interaktiv modell som låter användare undersöka referensramen från flera utsiktspunkter. Se till att kolla in videon nedan och gå vidare till UH-sidan för att få tillgång till deras interaktiva modell.
