Svagt skær i galaksehobe oplyser mørkt stof

Et nyt kig på Hubble-billeder af galakser kunne være et skridt i retning af at belyse mørkt stofs undvigende natur, det uobserverbare materiale, der udgør størstedelen af ​​universet, ifølge en undersøgelse offentliggjort online i dag i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

Ved at bruge Hubbles tidligere observationer af seks massive galaksehobe i Frontier Fields-programmet, astronomer demonstrerede, at intraklyngelys - det diffuse skær mellem galakser i en hob - sporer det mørke stofs vej, belyse dens fordeling mere præcist end eksisterende metoder, der observerer røntgenlys.

Intracluster lys er biproduktet af interaktioner mellem galakser, der forstyrrer deres strukturer; i kaosset, individuelle stjerner bliver smidt fri af deres gravitationsfortøjninger i deres hjemlige galakse for at justere sig selv efter gravitationskortet for den samlede hob. Det er også her langt størstedelen af ​​mørkt stof befinder sig. Røntgenlys indikerer, hvor grupper af galakser kolliderer, men ikke klyngens underliggende struktur. Dette gør det til et mindre præcist spor af mørkt stof.

"Grunden til, at intraklyngelys er et så fremragende spor af mørkt stof i en galaksehob, er, at både det mørke stof og disse stjerner, der danner intraklyngelyset, svæver frit på selve hobens gravitationspotentiale - så de følger nøjagtigt samme tyngdekraft, " sagde Mireia Montes fra University of New South Wales i Sydney, Australien, som er medforfatter til undersøgelsen. "Vi har fundet en ny måde at se det sted, hvor det mørke stof skal være, fordi du sporer præcis det samme gravitationspotentiale. Vi kan oplyse, med en meget svag glød, positionen af ​​mørkt stof."

Montes fremhæver også, at metoden ikke kun er nøjagtig, men det er mere effektivt, fordi det kun bruger dyb billeddannelse, snarere end det mere komplekse, tidskrævende spektroskopiteknikker. Det betyder, at flere klynger og objekter i rummet kan studeres på kortere tid - hvilket betyder flere potentielle beviser for, hvad mørkt stof består af, og hvordan det opfører sig.

"Denne metode sætter os i stand til at karakterisere, på en statistisk måde, mørkt stofs ultimative natur, " sagde Montes.

"Idéen til undersøgelsen blev udløst, mens man så på de uberørte Hubble Frontier Field-billeder, " sagde undersøgelsens medforfatter Ignacio Trujillo fra Canary Islands Institute of Astronomy på Tenerife, Spanien, som sammen med Montes havde studeret intracluster-lys i årevis. "Hubble Frontier Fields viste intracluster lys i hidtil uset klarhed. Billederne var inspirerende, " sagde Trujillo. "Alligevel, Jeg havde ikke forventet, at resultaterne var så præcise. Implikationerne for fremtidig rumbaseret forskning er meget spændende."

"Astronomerne brugte den modificerede Hausdorff-distance (MHD), en metrik, der bruges til formmatchning, at måle lighederne mellem konturerne af intracluster-lyset og konturerne af de forskellige massekort af klyngerne, som leveres som en del af data fra Hubble Frontier Fields-projektet, opbevaret i Mikulski Archive for Space Telescopes (MAST). MHD er et mål for, hvor langt to delmængder er fra hinanden. Jo mindre værdien af ​​MHD er, jo mere ens de to punktsæt er. Denne analyse viste, at den intraklynge lysfordeling set i Hubble Frontier Fields-billederne matchede massefordelingen af ​​de seks galaksehobe bedre end røntgenstråling. som afledt af arkiverede observationer fra Chandra X-ray Observatorys Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS).

Ud over denne indledende undersøgelse, Montes og Trujillo ser flere muligheder for at udvide deres forskning. At begynde, de vil gerne øge observationsradius i de oprindelige seks klynger, for at se, om graden af ​​sporingsnøjagtighed holder. En anden vigtig test af deres metode vil være observation og analyse af yderligere galaksehobe af flere forskerhold, at tilføje til datasættet og bekræfte deres resultater.

Astronomerne ser også frem til anvendelsen af ​​de samme teknikker med fremtidige kraftfulde rumbaserede teleskoper som James Webb Space Telescope og WFIRST, som vil have endnu mere følsomme instrumenter til at opløse svagt intraclusterlys i det fjerne univers.

Trujillo vil gerne teste nedskalering af metoden fra massive galaksehobe til enkelte galakser. "Det ville være fantastisk at gøre dette på galaktisk skala, for eksempel at udforske stjerneglorierne. I princippet burde den samme idé virke; stjernerne, der omgiver galaksen som et resultat af sammensmeltningsaktiviteten, burde også følge galaksens gravitationspotentiale, belyse placeringen og fordelingen af ​​mørkt stof."

Hubble Frontier Fields-programmet var et dybt billeddannende initiativ designet til at bruge det naturlige forstørrelsesglas af galaksehobe's tyngdekraft til at se de ekstremt fjerne galakser bag dem, og derved få indsigt i det tidlige (fjerne) univers og galaksernes udvikling siden dengang. I den undersøgelse var det diffuse intracluster-lys en irritation, delvist skjuler de fjerne galakser hinsides. Imidlertid, det svage skær kunne ende med at kaste betydeligt lys over et af astronomiens store mysterier:mørkt stofs natur.