En af de tætteste galaksehobe i universet afsløres

En undersøgelse offentliggjort for nylig i tidsskriftet Natur astronomi og som stiller spørgsmålstegn ved nuværende modeller for strukturdannelse i universet er baseret på data opnået med Gran Telescopio Canarias og blandt dets forfattere er et team af forskere fra Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC).

Universets struktur kan sammenlignes med en svamps, ofte omtalt som det kosmiske web. Stof er koncentreret langs filamenter, der krydser hinanden, danner zoner, hvor det meste stof ophobes, og andre, hvor der er meget lidt. På de tætteste steder, galakser grupperer sig, danner klynger. Disse systemer, som kan indeholde tusindvis af galakser, er de mest massive strukturer i universet.

At studere det kosmiske net er en af ​​de aktuelle udfordringer inden for astrofysik. Egenskaberne af stoffets hovedkomponenter på disse skalaer er ikke velkendte, så vi bruger udtryk som "mørk stof" og "mørk energi". Førstnævnte udgør omkring 20 procent af universets masse og er det, der holder strukturerne bundet af deres egen tyngdekraft - det virker lidt som lim. Sekundet, på den anden side, udgør 75 procent af universet og er relateret til den måde, hvorpå universet udvider sig. Den "normale" sag, galakserne med deres stjerner, gas, og støv, udgør knap 5 procent af universets masse, men de spiller den vigtige rolle i at spore det mørke stofs og mørke energiers kræfter og egenskaber.

Et internationalt hold ledet af Mauro Sereno fra universitetet i Bologna (Italien), med deltagelse af IAC og Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), har lokaliseret en af ​​de tætteste galaksehobe i universet. Undersøgelsen analyserer, for første gang, de ydre zoner af galaksehoben PSZ2 G099.86+58.45 ud til en radius på 90 millioner lysår, et område, hvor stoffets fordeling ikke tidligere var kendt, ej heller om materialet i disse zoner er bundet sammen af ​​klyngens tyngdekraft.

Miljøet af galaksehobe omfatter andre strukturer såsom filamenter og andre nabohobe, og materialet, der falder mod den mest massive centrale klynge. "Denne undersøgelse viser, at tætheden af ​​stof omkring den klynge, vi undersøgte, er op til seks gange større end forventet, " siger Mauro Sereno, hovedefterforskeren. Ud over, forskerne har opdaget, at de mekanismer, som opbygger masse, kan give anledning til meget høje tætheder, selv i store afstande fra disse galaksehobe.

Værket er baseret på "gravitationslinse"-effekten, hvilket sker, når massen af ​​en hob og dens omgivende materiale bøjer lyset fra meget fjerne galakser, at ændre formerne på billederne af disse baggrundsgalakser. Jo tættere og mere koncentreret kroppen fungerer som en linse, jo større er deformationen af ​​baggrundsgalakserne. Den statistiske undersøgelse af deformationerne for over 150, 000 baggrundsgalakser via den såkaldte "svag linse"-effekt ved hjælp af dybe billeder opnået med CFHT (Canada-France-Hawaii Telescope) har gjort det muligt for holdet at finde fordelingen, masse, og tæthed omkring klyngen PSZ2 G099.86+58.45. Resultaterne viser, at denne klynge er en sjælden undtagelse, som ikke passer godt til modellerne for strukturdannelse. Dette indebærer, at der skal være mekanismer til at samle stof, som er meget mere effektive end dem, vi kender.

Selvom modellerne passer godt til stoffets tæthed i de indre områder af galaksehobe ud til en afstand på 15 til 20 millioner lysår, i de ydre regioner, modellerne har brug for en ekstra komponent for at passe til de observerede data. "Denne komponent af masse er fuldstændig ukendt, og de numeriske simuleringer af galaksehobe forudsiger det ikke, " forklarer Rafael Barrena, en IAC-forsker, en af ​​forfatterne til artiklen publiceret i Natur astronomi ." Så vi står over for observationsbeviser for store mængder stof, hvor vi ikke forventede at finde det."

IAC-gruppen, der deltager i denne publikation, har lavet spektroskopiske observationer af en prøve af galakser, der udgør en del af PSZ2 G099.86+58.45-hoben ved hjælp af multiobjekt OSIRIS-spektrografen på Gran Telescopio Canaris (GTC) ved Roque de los Muchachos-observatoriet ( Garafía, La Palma). Ved at måle hastighederne af galaksernes bevægelser i hoben er det muligt at måle dens samlede masse.

Som et praktisk problem, dette svarer til at måle solens masse ved at bruge planeternes hastigheder i deres kredsløb. Ved at bruge denne metode, de har formået at måle den samlede masse af klyngen. Resultaterne bekræfter, at PSZ2 G099.86+58.45 er en meget massiv, tæt klynge af galakser, og at virkningerne af dets meget kraftige gravitationsfelt strækker sig til afstande meget langt fra dets centrum, meget større end modellerne forudsiger.

"Vi har lavet en undersøgelse, der åbner døren til et område af universet, der indtil nu er utilstrækkeligt udforsket, grænsen mellem galaksehobe, " siger IAC-forskeren Alina Streblyanska, en af ​​artiklens forfattere. Dette er en region, der kan give os en masse information, når vi studerer disse systemer, hvordan de er dannet, og hvordan disse, de mest massive strukturer i universet, har udviklet sig. Med denne undersøgelse, vi har taget endnu et lille skridt mod at forstå mørkt stof og hvordan det er fordelt i universets kosmiske net, " slutter Antonio Ferragamo, IAC-forsker.