I nesten et århundre har astronomer forstått at universet er i en ekspansjonstilstand. Dette er en konsekvens av generell relativitet, og hastigheten som den utvider seg er kjent som Hubble-konstanten - oppkalt etter mannen som først la merke til fenomenene. Imidlertid har astronomer også erfart at galaksene og klyngene også har beveget seg nærmere og i forhold til hverandre når de kommer til de store strukturene i universet.
I flere tiår har astronomer forsøkt å spore hvordan disse bevegelsene har foregått i løpet av den kosmiske historien. Og takket være innsatsen fra internasjonalt team av astronomer, har det hittil mest detaljerte kartet blitt laget for banene til galakser som ligger i Virgo Supercluster. Dette kartet omfatter de tidligere bevegelsene til nesten 1400 galakser innen 100 millioner lysår, og viser hvordan det kosmiske nabolaget vårt har endret seg.
Studien som beskriver forskningen deres nylig dukket opp i The Astrophysical Journal under tittelen "Handlingsdynamikk av det lokale superklostret". Anført av Edward J. Shaya fra University of Maryland, inkluderte teamet medlemmer fra UH Institute of Astronomy, Racah Institute of Physics i Jerusalem og Institute for Research of the Fundamental Laws of the Universe (IRFU) i Paris.
For studiens skyld brukte teamet data fra CosmicFlows-undersøkelsene, en serie på tre studier som beregnet avstand og hastighet på nabogalakser mellom 2011 og 2016. Flere medlemmer av studieteamet var involvert i disse undersøkelsene, som de deretter sammen med andre estimater for avstand og tyngdekraftfelt for å konstruere en massiv flytstudie av Virgo Supercluster.
Fra dette klarte de å lage datamaskinmodeller som kartla bevegelsene til nesten 1400 galakser i løpet av 100 millioner lysår, og i løpet av 13 milliarder år (bare 800 millioner år etter Big Bang). Som Brent Tully, en astronom med UH Institute of Astronomy og en medforfatter på studien, forklarte i en UH pressemelding:
”For første gang visualiserer vi ikke bare den detaljerte strukturen i vår lokale Supercluster av galakser, men vi ser hvordan strukturen utviklet seg gjennom universets historie. En analogi er studiet av jordens nåværende geografi fra bevegelsen av platetektonikk. ”
Det de fant var at modellene deres passet med dagens hastighet flyter godt, noe som betyr at strukturene og hastighetene de observerte i modellene deres stemmer overens med det som er blitt observert fra galakser i dag. De bestemte også at innenfor det romområdet de kartla, den viktigste gravitasjonsattraksjonen er Jomfrueklyngen - som ligger omtrent 50 millioner lysår unna og inneholder mellom 1300 og 2000 galakser.
Studien indikerte dessuten at mer enn tusen galakser har falt i Jomfrueklyngen de siste 13 milliarder årene, mens alle galakser innen 40 millioner lysår fra klyngen til slutt vil bli tatt til fange. For tiden ligger Melkeveien rett utenfor denne fangstsonen, men både Melkeveien og Andromeda Galaxy er bestemt til å slå seg sammen i løpet av de neste 4 milliarder årene.
Når de først har gjort det, vil skjebnen til den resulterende massive galaksen være lik resten av galaksene i studieområdet. Dette var en annen takeaway fra studien, der teamet bestemte at disse fusjonshendelsene bare er en del av et større mønster. I utgangspunktet, innenfor det området de observerte, er det to overordnede strømningsmønstre. Innen en halvkule av denne regionen strømmer alle galakser - inkludert Melkeveien - mot et enkelt flatt ark.
Samtidig beveger hver galakse over hele romvolumet seg mot gravitasjonstiltredere som ligger langt utenfor studieområdet. De slo fast at disse kreftene utenfor er ingen ringere enn Centaurus Supercluster - en klynge med hundrevis av galakser, som ligger omtrent 170 millioner lysår unna i Centaurus-stjernebildet - og den store tiltrekker.
The Great attractor ligger 150 millioner lysår unna, og er en mystisk region som ikke kan sees på grunn av beliggenheten (på motsatt side av Melkeveien). Imidlertid har forskere i flere tiår visst at galaksen vår og andre galakser i nærheten beveger seg mot den. Regionen er også kjernen i Laniakea Supercluster, en region som spenner over mer enn 500 millioner lysår og inneholder rundt 100 000 store galakser.
Kort sagt, mens universet er i en ekspansjonstilstand, indikerer dynamikken i galakser og galakse klynger at de fremdeles graviterer inn i strammere strukturer. I vårt kosmiske nabolag er hovedattraksjonen helt klart Jomfrueklyngen, som påvirker alle galakser innenfor en radius på 40 millioner lysår. Utover dette er det Centaurus Supercluster og den store attraksjonen (som en del av den større Laniakea Supercluster) som trekker i strengene våre.
Ved å kartlegge denne tiltrekningsprosessen som har funnet sted de siste 13 milliarder årene, er astronomer og kosmologer i stand til å se hvordan universet vårt har utviklet seg i løpet av de fleste av historiene. Med tid og forbedrede instrumenter som er i stand til å se enda dypere inn i kosmos (for eksempel James Webb romteleskopet), forventes vi å kunne undersøke enda lenger tilbake mot begynnelsen av kosmos.
Å kartlegge hvordan universet vårt har endret seg over tid, bekrefter ikke bare våre kosmologiske modeller og verifiserer dominerende teorier om hvordan materien oppfører seg på det største skalaen (dvs. generell relativitet). Det gjør det også mulig for forskere å forutsi fremtiden til vårt univers med en viss grad av sikkerhet, og modellering hvordan galakser og superklynger til slutt vil komme sammen for å danne enda større strukturer.
Teamet opprettet også en video som viser resultatene fra studien, i tillegg til en interaktiv modell som lar brukerne undersøke referanserammen fra flere utsiktspunkter. Sørg for å sjekke ut videoen nedenfor, og gå videre til UH-siden for å få tilgang til deres interaktive modell.
