Mælkevejen måler 100 til 120 tusinde lysår på tværs af en afstand, der trosser fantasi. Men klynger af galakser, der omfatter hundreder til tusinder af galakser, der sværmer under et kollektivt tyngdepunkt, kan spænde over titusinder af millioner lysår.
Disse massive klynger er et komplekst samspil mellem kolliderende galakser og mørkt stof. De synes umulige at kortlægge præcist. Men nu har et internationalt team af astronomer, der bruger NASA / ESA Hubble-rumteleskopet gjort præcis dette - netop kortlagt en galakse-klynge, kaldet MCS J0416.1–2403, 4,5 milliarder lysår væk.
”Selvom vi har vidst, hvordan man kortlægger massen af en klynge ved hjælp af stærk linse i mere end tyve år, tager det lang tid at få teleskoper, der kan foretage tilstrækkelig dybe og skarpe observationer, og for vores modeller at blive sofistikerede nok for os at kortlægge i en sådan hidtil uset detalje et system så kompliceret som MCS J0416.1–2403, ”sagde medforfatter Jean-Paul Kneib i en pressemeddelelse.
Det er ekstremt vanskeligt at måle mængden og fordelingen af masse inden for fjerne objekter. Især når tre fjerdedele af al materie i universet er mørk stof, som ikke kan ses direkte, da det ikke udsender eller reflekterer noget lys. Det interagerer kun med tyngdekraften.
Men heldigvis fordrejer store klumper af materie og forvrænger rummet i rummet omkring dem. De virker som linser og ser ud til at forstørre og bøje lys, der bevæger sig forbi dem fra fjernere objekter.
Denne effekt, kendt som gravitationslinsering, er kun synlig i sjældne tilfælde og kan kun opdages af de største teleskoper. Selv galakse klynger, på trods af deres massive størrelse, giver minimale tyngdekraftseffekter på deres omgivelser. For det meste forårsager de svag linse, hvilket gør, at endnu fjernere kilder fremstår som kun lidt mere elliptiske over himlen.
Når justeringen af klyngen og det fjerne objekt imidlertid er helt rigtigt, kan virkningerne være betydelige. Baggrundsgalakserne kan både lyses og omdannes til ringe og lysbuer, der vises flere gange i det samme billede. Det er denne effekt, kendt som stærk linse, som hjalp astronomer med at kortlægge massefordelingen i MCS J0416.1–2403.
”Dybden af dataene lader os se meget svage objekter og har gjort det muligt for os at identificere stærkere linse galakser end nogensinde før,” sagde hovedforfatter Dr Jauzac. ”Selvom stærk linse forstørrer baggrundsgalakserne, er de stadig meget langt væk og meget svage. Dybden af disse data betyder, at vi kan identificere utroligt fjerne baggrundsgalakser. Vi ved nu om mere end fire gange så mange stærkt linsede galakser i klyngen, end vi gjorde før. ”
Ved hjælp af Hubbles avancerede kamera til undersøgelser identificerede astronomerne 51 nye afbildede galakser omkring klyngen og firedobler antallet, der blev fundet i tidligere undersøgelser. Denne virkning har gjort det muligt for Jauzac og hendes kolleger at beregne fordelingen af synlige og mørke stoffer i klyngen og fremstille et meget begrænset kort over dens masse.
Den samlede masse i klyngen er 160 billioner gange solens masse med en usikkerhed på 0,5%. Det er det mest præcise kort, der nogensinde er produceret.
Men Jauzac og kolleger planlægger ikke at stoppe her. Et endnu mere nøjagtigt billede af galakse-klyngen skal også omfatte målinger fra svag linse. Så teamet vil fortsætte med at studere klyngen ved hjælp af ultra-deep Hubble-billeddannelse.
De vil også bruge jordbaserede observatorier til at måle eventuelle forskydninger i galaksernes spektre og bemærker derfor hastigheden for klyngens indhold. Kombination af alle målinger vil ikke kun forbedre detaljerne yderligere, men også give en 3D-model af galakserne inden i klyngen, der kaster lys over dens historie og udvikling.
Dette arbejde er blevet accepteret til offentliggørelse i Månedlige meddelelser om den kongelige astronomi og er tilgængelig online.
