Hubbles syn på den massive galakse-klynge MACS J0717.5 + 3745. Kredit:
NASA, ESA, Harald Ebeling (University of Hawaii at Manoa) & Jean-Paul Kneib (LAM)
Tidligere i år var astronomer, der bruger Hubble-rumteleskopet, i stand til at identificere en slank filament af mørkt stof, der syntes at binde et par fjerne galakser sammen. Nu er der fundet endnu et glødetråd, og forskere a har været i stand til at fremstille et 3D-billede af glødetråden, første gang nogensinde, at den vanskelige at opdage mørke stoffer har kunnet måles i sådan detaljeret. Deres resultater antyder, at filamentet har en høj masse, og ifølge forskerne, at hvis disse målinger er repræsentative for resten af universet, så kan disse strukturer muligvis indeholde mere end halvdelen af al massen i universet.
Mørk stof antages at have været en del af universet helt fra begyndelsen, en rest fra Big Bang, der skabte rygraden i universets store struktur.
”Filamenter på den kosmiske web er enormt udvidede og meget diffuse, hvilket gør dem ekstremt vanskelige at opdage, hvad med at studere i 3D,” sagde Mathilde Jauzac fra Laboratoire d'Astrophysique de Marseille i Frankrig og University of KwaZulu-Natal i Syd Afrika, hovedforfatter af undersøgelsen.
Holdet kombinerede billeder i høj opløsning af regionen omkring den enorme galakse-klynge MACS J0717.5 + 3745 (eller MACS J0717 for kort) - en af de mest kendte galakse-klynger - og fandt, at glødetråden strækker sig omkring 60 millioner lysår fra klyngen.
Holdet sagde, at deres observationer giver det første direkte glimt af formen på stilladser, der giver universet sin struktur. De brugte Hubble, NAOJs Subaru-teleskop og Canada-Frankrig-Hawaii-teleskopet med spektroskopiske data om galakser inden i det fra WM Keck-observatoriet og Gemini-observatoriet. Analyse af disse observationer sammen giver et komplet billede af glødetrådens form, når det strækker sig ud fra galakse-klyngen næsten langs vores synslinie.
Holdet detaljerede deres ”opskrift” til at studere det store, men diffuse glødetråd. .
Første ingrediens: Et lovende mål. Teorier om kosmisk evolution antyder, at galakse-klynger dannes, hvor filamenter på den kosmiske bane mødes, idet filamenterne langsomt tragter stof ind i klyngerne. ”Fra vores tidligere arbejde med MACS J0717 vidste vi, at denne klynge vokser aktivt og dermed er et primært mål for en detaljeret undersøgelse af det kosmiske web,” forklarer medforfatter Harald Ebeling (University of Hawaii i Manoa, USA), som førte holdet, der opdagede MACS J0717 for næsten et årti.
Anden ingrediens: Avancerede gravitationslinseteknikker. Albert Einsteins berømte teori om generel relativitet fortæller, at lysets bane bøjes, når den passerer gennem eller i nærheden af genstande med en stor masse. Filamenter på den kosmiske bane består i vid udstrækning af mørkt stof [2], som ikke kan ses direkte, men deres masse er nok til at bøje lyset og forvrænge billederne af galakser i baggrunden i en proces kaldet gravitationslinsering. Holdet har udviklet nye værktøjer til at konvertere billedforvrængninger til et massekort.
Tredje ingrediens: Billeder i høj opløsning. Gravitationslinsering er et subtilt fænomen, og studiet af det har brug for detaljerede billeder. Hubble-observationer lader teamet undersøge den nøjagtige deformation i formen af adskillige linsegalakser. Dette afslører igen, hvor den skjulte, mørke materieltråd er placeret. "Udfordringen," forklarer medforfatter Jean-Paul Kneib (LAM, Frankrig), "var at finde en model af klyngens form, der passer til alle de linsefunktioner, vi observerede."
Endelig: Måling af afstande og bevægelser. Hubbles observationer af klyngen giver det bedste todimensionale kort endnu af et glødetråd, men for at se dens form i 3D krævede yderligere observationer. Farvebilleder [3] såvel som galakshastigheder målt med spektrometre [4] ved hjælp af data fra Subaru, CFHT, WM Keck og Gemini North-teleskoper (alle på Mauna Kea, Hawaii), lod teamet finde tusinder af galakser inden i glødetråden og for at opdage bevægelser fra mange af dem.
En model, der kombinerede positions- og hastighedsinformation for alle disse galakser, blev konstrueret, og dette afslørede derefter 3D-formen og orienteringen af filamentstrukturen. Som et resultat var teamet i stand til at måle de sande egenskaber ved denne undvigende filamentstruktur uden de usikkerheder og forudindvindinger, der kommer fra at projicere strukturen på to dimensioner, som det er almindeligt i sådanne analyser.
De opnåede resultater skubber grænserne for forudsigelser foretaget ved teoretisk arbejde og numeriske simuleringer af den kosmiske bane. Med en længde på mindst 60 millioner lysår er MACS J0717 glødetråd ekstrem selv på astronomiske skalaer. Og hvis dens masseindhold som målt af teamet kan anses for at være repræsentativt for filamenter i nærheden af gigantiske klynger, kan disse diffuse forbindelser mellem knudepunkterne på den kosmiske bane indeholde endnu mere masse (i form af mørkt stof) end teoretikere forudsagde.
Mere info i denne ESA HubbleCast-video:
Kilde: ESA Hubble
