Korzystając z zaawansowanej kamery do badań ankietowych Hubble'a, astronomowie byli w stanie sporządzić mapę niewidzialnej ciemnej materii w odległej galaktyce, co pozwoliło im stworzyć jedną z najostrzejszych i najbardziej szczegółowych map ciemnej materii we wszechświecie. Poszukiwanie niewidzialnej i nieokreślonej materii jest trudnym zadaniem, ale astronomowie próbują to zrobić od ponad dekady. Ta nowa mapa może również dostarczyć wskazówek na temat innych tajemniczych rzeczy we wszechświecie - ciemnej energii - i roli, jaką odegrała we wczesnych latach powstawania wszechświata.
Zespół prowadzony przez Dana Coe'a z JPL wykorzystał Hubble'a, aby spojrzeć na Abell 1689, oddalony o 2,2 miliarda lat świetlnych. Grawitacja gromady, która w większości pochodzi z ciemnej materii, działa jak kosmiczne szkło powiększające, zginające i wzmacniające światło z odległych galaktyk za nią. Efekt ten, zwany soczewkowaniem grawitacyjnym, tworzy wielokrotne, wypaczone i znacznie powiększone obrazy tych galaktyk, powodując, że galaktyki wyglądają na zniekształcone i rozmyte. Badając zniekształcone obrazy, astronomowie oszacowali ilość ciemnej materii w gromadzie. Gdyby grawitacja gromady pochodziła tylko z widocznych galaktyk, zniekształcenia soczewek byłyby znacznie słabsze.
To, co odkryli, sugeruje, że gromady galaktyk mogły powstać wcześniej niż oczekiwano, zanim napór ciemnej energii zahamował ich wzrost.
Ciemna energia odsuwa galaktyki od siebie, rozciągając przestrzeń między nimi, tłumiąc w ten sposób tworzenie gigantycznych struktur zwanych gromadami galaktyk. Jednym ze sposobów astronomów na zbadanie tego pierwotnego przeciągania liny jest mapowanie rozmieszczenia ciemnej materii w gromadach.
„Soczewione obrazy są jak wielka łamigłówka” - powiedział Coe. „Po raz pierwszy wymyśliliśmy sposób ułożenia masy Abell 1689 w taki sposób, aby soczewki te wszystkie galaktyki tła były ustawione w obserwowanych pozycjach”. Coe wykorzystał te informacje do stworzenia mapy rozdzielczej ciemnej materii gromady w wyższej rozdzielczości, niż było to możliwe wcześniej.
Opierając się na swojej mapie masy w wyższej rozdzielczości, Coe i jego współpracownicy potwierdzają poprzednie wyniki pokazujące, że jądro Abell 1689 jest znacznie gęstsze w ciemnej materii niż oczekiwano dla gromady tej wielkości, w oparciu o komputerowe symulacje wzrostu struktury. Abell 1689 dołącza do garstki innych dobrze zbadanych klastrów, w których stwierdzono podobnie gęste rdzenie. Odkrycie jest zaskakujące, ponieważ pchnięcie ciemnej energii na początku historii wszechświata zahamowałoby wzrost wszystkich gromad galaktyk.
„Gromady galaktyk musiałyby zatem zacząć formować miliardy lat wcześniej, aby osiągnąć rozmiary, które widzimy dzisiaj” - powiedział Coe. „Wcześniej wszechświat był mniejszy i gęstiej wypełniony ciemną materią. Wydaje się, że Abell 1689 był dobrze karmiony od urodzenia gęstą materią otaczającą go we wczesnym wszechświecie. Gromada nosiła tę masę ze sobą przez całe dorosłe życie, aby pojawiać się tak, jak ją dzisiaj obserwujemy.
Astronomowie planują zbadanie większej liczby gromad, aby potwierdzić możliwy wpływ ciemnej energii. Głównym programem Hubble'a, który będzie analizował ciemną materię w gigantycznych gromadach galaktyk, jest badanie Cluster Lensing i Supernova z Hubble (CLASH). W tym badaniu teleskop będzie badał 25 klastrów łącznie przez jeden miesiąc w ciągu najbliższych trzech lat. Klastry CLASH zostały wybrane ze względu na ich silną emisję promieniowania rentgenowskiego, co wskazuje, że zawierają duże ilości gorącego gazu. Ta obfitość oznacza, że klastry są niezwykle masywne. Obserwując te gromady, astronomowie mapują rozkłady ciemnej materii i szukają bardziej jednoznacznych dowodów na wczesne tworzenie gromad i prawdopodobnie wczesną ciemną energię.
