Melkeveien måler 100 til 120 tusen lysår på tvers, en avstand som trosser fantasi. Men klynger av galakser, som omfatter hundrevis til tusenvis av galakser som svermer under en kollektiv gravitasjonstrekk, kan spenne flere titalls millioner lysår.
Disse massive klyngene er et sammensatt samspill mellom kolliderende galakser og mørk materie. De virker umulige å kartlegge nøyaktig. Men nå har et internasjonalt team av astronomer som bruker NASA / ESA Hubble-romteleskopet gjort nøyaktig dette - nettopp kartlegging av en galakse-klynge, kalt MCS J0416.1–2403, 4,5 milliarder lysår unna.
"Selv om vi har visst hvordan vi skal kartlegge massen til en klynge ved hjelp av sterk linsing i mer enn tjue år, har det tatt lang tid å få teleskoper som kan gjøre tilstrekkelig dype og skarpe observasjoner, og for at modellene våre blir sofistikerte nok for oss å kartlegge, så uovertruffen detalj, et system som er så komplisert som MCS J0416.1–2403, ”sa medforfatter Jean-Paul Kneib i en pressemelding.
Det kan være ekstremt vanskelig å måle mengden og fordelingen av massen i fjerne objekter. Spesielt når tre fjerdedeler av all materie i universet er mørk materie, som ikke kan sees direkte da den ikke avgir eller reflekterer noe lys. Det samhandler bare av tyngdekraften.
Men heldigvis fordreier store klumper av materie og forvrenger stoffets rom-tid rundt seg. De virker som linser, og de ser ut til å forstørre og bøye lyset som beveger seg forbi dem fra fjernere objekter.
Denne effekten, kjent som gravitasjonslinsing, er bare synlig i sjeldne tilfeller og kan bare oppdages av de største teleskopene. Selv galakse klynger, til tross for sin enorme størrelse, gir minimale gravitasjonseffekter på omgivelsene. For det meste forårsaker de svak linsing, noe som gjør at enda fjernere kilder fremstår som bare litt mer elliptiske over himmelen.
Imidlertid når innretningen av klyngen og det fjerne objektet er helt riktig, kan effektene være betydelige. Bakgrunnsgalaksen kan både lyses og transformeres til ringer og lysbuer, og vises flere ganger i det samme bildet. Det er denne effekten, kjent som sterk linsing, som hjalp astronomer med å kartlegge massedistribusjonen i MCS J0416.1–2403.
"Dybden på dataene lar oss se veldig svake gjenstander og har gjort det mulig for oss å identifisere sterkere linsede galakser enn noen gang før," sa hovedforfatter Dr Jauzac. Selv om sterk linsing forsterker bakgrunnsgalaksen, er de fremdeles veldig langt borte og veldig svake. Dybden av disse dataene betyr at vi kan identifisere utrolig fjerne bakgrunnsgalakser. Vi vet nå om mer enn fire ganger så mange sterkt linsede galakser i klyngen enn vi gjorde før. ”
Ved å bruke Hubbles Advanced Camera for Surveys identifiserte astronomene 51 nye avbildede galakser rundt klyngen, og firedoblet antallet som ble funnet i tidligere undersøkelser. Denne effekten har gjort det mulig for Jauzac og hennes kolleger å beregne fordelingen av synlig og mørk materie i klyngen og produsere et sterkt begrenset kart over dens masse.
Den totale massen i klyngen er 160 billion ganger solenes masse, med en usikkerhet på 0,5%. Det er det mest presise kartet som noen gang er produsert.
Men Jauzac og kollegene planlegger ikke å stoppe her. Et enda mer nøyaktig bilde av galakse-klyngen må også omfatte målinger fra svak linseing. Så teamet vil fortsette å studere klyngen ved hjelp av ultra-dyp Hubble-avbildning.
De vil også bruke bakkebaserte observatorier for å måle eventuelle skift i galaksenes spektra og derfor notere hastighetene til innholdet i klyngen. Å kombinere alle målinger vil ikke bare forbedre detaljene ytterligere, men også gi en 3D-modell av galaksene i klyngen, og kaste lys over historien og utviklingen.
Dette arbeidet er akseptert for publisering i Månedlige kunngjøringer om den kongelige astronomien og er tilgjengelig online.
