Widok Hubble'a na masywną gromadę galaktyk MACS J0717.5 + 3745. Kredyt:
NASA, ESA, Harald Ebeling (University of Hawaii at Manoa) i Jean-Paul Kneib (LAM)
Na początku tego roku astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a byli w stanie zidentyfikować cienkie włókno ciemnej materii, które zdawało się wiązać ze sobą parę odległych galaktyk. Teraz znaleziono inne włókno, a naukowcy byli w stanie stworzyć trójwymiarowy widok włókna, po raz pierwszy w historii tak trudny do wykrycia ciemną materię. Ich wyniki sugerują, że włókno ma wysoką masę, a naukowcy twierdzą, że jeśli pomiary te są reprezentatywne dla reszty Wszechświata, wówczas struktury te mogą zawierać więcej niż połowę całej masy we Wszechświecie.
Uważa się, że ciemna materia była częścią Wszechświata od samego początku, pozostałością po Wielkim Wybuchu, który stworzył kręgosłup dla wielkoskalowej struktury Wszechświata.
„Włókna kosmicznej sieci są bardzo rozciągnięte i bardzo rozproszone, co czyni je niezwykle trudnymi do wykrycia, nie mówiąc już o studiach w 3D” - powiedziała Mathilde Jauzac z Laboratoire d'Astrophysique de Marseille we Francji i University of KwaZulu-Natal na południu Afryka, główny autor badania.
Zespół połączył zdjęcia regionu w wysokiej rozdzielczości wokół gromady galaktyk MACS J0717.5 + 3745 (lub w skrócie MACS J0717) - jednej z najbardziej znanych gromad galaktyk - i stwierdził, że włókno rozciąga się na około 60 milionów lat świetlnych od klaster.
Zespół powiedział, że ich obserwacje dają pierwszy bezpośredni wgląd w kształt rusztowania, które nadaje Wszechświatowi jego strukturę. Użyli teleskopu Hubble'a, teleskopu Subaru NAOJ i teleskopu Kanada-Francja-Hawaje, z danymi spektroskopowymi dotyczącymi znajdujących się w nim galaktyk z Obserwatorium WM Kecka i Obserwatorium Gemini. Wspólna analiza tych obserwacji daje pełny obraz kształtu żarnika, który wystaje z gromady galaktyk niemal wzdłuż naszej linii wzroku.
Zespół szczegółowo opisał swój „przepis” na badanie rozległego, ale rozproszonego filamentu. .
Pierwszy składnik: obiecujący cel. Teorie ewolucji kosmicznej sugerują, że gromady galaktyk powstają w miejscu, w którym spotykają się włókna kosmicznej sieci, a włókna te powoli kierują materię do gromad. „Z naszej wcześniejszej pracy nad MACS J0717 wiedzieliśmy, że klaster ten aktywnie się rozwija, a zatem jest głównym celem szczegółowych badań kosmicznej sieci”, wyjaśnia współautor Harald Ebeling (University of Hawaii w Manoa, USA), który kierował zespołem, który odkrył MACS J0717 prawie dziesięć lat temu.
Drugi składnik: zaawansowane techniki soczewkowania grawitacyjnego. Słynna teoria ogólnej teorii względności Alberta Einsteina mówi, że ścieżka światła wygina się, gdy przechodzi przez obiekty o dużej masie lub w ich pobliżu. Włókna kosmicznej sieci składają się głównie z ciemnej materii [2], której nie można zobaczyć bezpośrednio, ale ich masa wystarcza, aby zgiąć światło i zniekształcić obrazy galaktyk w tle, w procesie zwanym soczewkowaniem grawitacyjnym. Zespół opracował nowe narzędzia do przekształcania zniekształceń obrazu w mapę masową.
Trzeci składnik: obrazy o wysokiej rozdzielczości. Soczewkowanie grawitacyjne jest zjawiskiem subtelnym, a jego badanie wymaga szczegółowych zdjęć. Obserwacje Hubble'a pozwalają zespołowi badać dokładne odkształcenie w kształtach wielu soczewkowanych galaktyk. To z kolei pokazuje, gdzie znajduje się ukryty filament ciemnej materii. „Wyzwaniem” - wyjaśnia współautor Jean-Paul Kneib (LAM, Francja) - „było znalezienie modelu kształtu gromady, który pasowałby do wszystkich obserwowanych cech soczewek”.
Wreszcie: pomiary odległości i ruchów. Obserwacje gromady Hubble'a dają najlepszą jak dotąd dwuwymiarową mapę żarnika, ale aby zobaczyć jego kształt w 3D, konieczne były dodatkowe obserwacje. Obrazy kolorowe [3], a także prędkości galaktyk mierzone spektrometrami [4], z wykorzystaniem danych z teleskopów Subaru, CFHT, WM Keck i Gemini North (wszystkie na Mauna Kea na Hawajach), pozwoliły zespołowi zlokalizować tysiące galaktyk w obrębie żarnika i do wykrywania ruchów wielu z nich.
Skonstruowano model, który połączył informacje o położeniu i prędkości dla wszystkich tych galaktyk, a następnie ujawnił kształt 3D i orientację struktury filamentu. W rezultacie zespół był w stanie zmierzyć prawdziwe właściwości tej nieuchwytnej struktury włókienkowej bez niepewności i stronniczości wynikających z rzutowania struktury na dwa wymiary, co jest powszechne w takich analizach.
Uzyskane wyniki przesuwają granice prognoz dokonywanych przez pracę teoretyczną i symulacje numeryczne kosmicznej sieci. Przy długości co najmniej 60 milionów lat świetlnych włókno MACS J0717 jest ekstremalne nawet w skali astronomicznej. A jeśli jego masę mierzoną przez zespół można uznać za reprezentatywną dla włókien w pobliżu gromad olbrzymów, wówczas te rozproszone połączenia między węzłami kosmicznej sieci mogą zawierać jeszcze więcej masy (w postaci ciemnej materii) niż przewidywali teoretycy.
Więcej informacji w tym wideo ESA HubbleCast:
Źródło: ESA Hubble
