Droga Mleczna ma średnicę od 100 do 120 tysięcy lat świetlnych, odległość, która nie pozwala sobie na wyobraźnię. Ale gromady galaktyk, które składają się z setek do tysięcy galaktyk rojących się pod zbiorowym przyciąganiem grawitacyjnym, mogą rozciągać się na dziesiątki milionów lat świetlnych.
Te masywne gromady stanowią złożoną grę między zderzającymi się galaktykami i ciemną materią. Wydaje się, że niemożliwe jest dokładne odwzorowanie. Ale teraz międzynarodowy zespół astronomów korzystających z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a NASA / ESA właśnie to zrobił - dokładnie odwzorowuje gromadę galaktyk, nazwaną MCS J0416.1–2403, w odległości 4,5 miliarda lat świetlnych.
„Chociaż od ponad dwudziestu lat wiemy, jak mapować masę gromady za pomocą silnego soczewkowania, zajęło dużo czasu, aby uzyskać teleskopy, które mogą wykonywać wystarczająco głębokie i ostre obserwacje, a nasze modele stały się dla nas wystarczająco wyrafinowane zmapować, z tak niespotykanymi wcześniej szczegółami, system tak skomplikowany jak MCS J0416.1–2403 ”- powiedział współautor Jean-Paul Kneib w komunikacie prasowym.
Pomiar ilości i rozkładu masy w odległych obiektach może być niezwykle trudny. Zwłaszcza gdy trzy czwarte całej materii we Wszechświecie to ciemna materia, której nie można zobaczyć bezpośrednio, ponieważ nie emituje ani nie odbija światła. Oddziałuje tylko grawitacyjnie.
Ale na szczęście duże skupiska materii wypaczają się i zniekształcają otaczającą ich przestrzeń czasoprzestrzeni. Zachowując się jak soczewki, wydają się powiększać i wyginać światło przechodzące obok nich z bardziej odległych obiektów.
Efekt ten, znany jako soczewkowanie grawitacyjne, jest widoczny tylko w rzadkich przypadkach i może być zauważony tylko przez największe teleskopy. Nawet gromady galaktyk, pomimo ich ogromnych rozmiarów, wywierają minimalny wpływ grawitacji na otoczenie. W przeważającej części powodują słabe soczewki, przez co nawet bardziej odległe źródła wydają się na niebie nieco bardziej eliptyczne.
Jednak gdy wyrównanie gromady i odległego obiektu jest właściwe, efekty mogą być znaczne. Galaktyki tła można zarówno rozjaśnić, jak i przekształcić w pierścienie i łuki światła, pojawiające się kilka razy na tym samym obrazie. Jest to efekt znany jako silne soczewkowanie, który pomógł astronomom w mapowaniu rozkładu masy w MCS J0416.1–2403.
„Głębokość danych pozwala nam zobaczyć bardzo słabe obiekty i pozwoliła nam zidentyfikować galaktyki o silniejszej soczewce niż kiedykolwiek wcześniej”, powiedział główny autor dr Jauzac. „Mimo że silne soczewki powiększają galaktyki tła, nadal są one bardzo odległe i bardzo słabe. Głębokość tych danych oznacza, że możemy zidentyfikować niezwykle odległe galaktyki tła. Wiemy teraz o ponad czterokrotnie większej liczbie silnie soczewkowanych galaktyk w gromadzie niż wcześniej ”.
Korzystając z Zaawansowanej kamery do badań ankietowych Hubble'a, astronomowie zidentyfikowali 51 nowych, wielokrotnie obrazowanych galaktyk wokół gromady, czterokrotnie więcej niż w poprzednich badaniach. Efekt ten pozwolił Jauzacowi i jej współpracownikom obliczyć rozkład widocznej i ciemnej materii w gromadzie i stworzyć bardzo ograniczoną mapę jej masy.
Całkowita masa w gromadzie jest 160 bilionów razy większa od masy Słońca, z niepewnością 0,5%. To najdokładniejsza mapa, jaką kiedykolwiek wyprodukowano.
Ale Jauzac i koledzy nie planują tu się zatrzymać. Jeszcze dokładniejszy obraz gromady galaktyk będzie musiał obejmować również pomiary ze słabego soczewkowania. Zespół będzie więc nadal badał klaster przy użyciu ultra-głębokiego obrazowania Hubble'a.
Będą również używać naziemnych obserwatoriów do pomiaru wszelkich przesunięć w widmach galaktyk, a tym samym do odnotowywania prędkości zawartości gromady. Połączenie wszystkich pomiarów nie tylko dodatkowo poprawi szczegółowość, ale także zapewni model 3D galaktyk w gromadzie, rzucając światło na jej historię i ewolucję.
Ta praca została zaakceptowana do publikacji w Miesięczne zawiadomienia o królewskiej astronomii i jest dostępny online.
