Hubbles Ansicht des massiven Galaxienhaufens MACS J0717.5 + 3745. Anerkennung:
NASA, ESA, Harald Ebeling (Universität von Hawaii in Manoa) und Jean-Paul Kneib (LAM)
Anfang dieses Jahres konnten Astronomen, die das Hubble-Weltraumteleskop verwendeten, ein schlankes Filament aus dunkler Materie identifizieren, das ein Paar entfernter Galaxien miteinander zu verbinden schien. Nun wurde ein weiteres Filament gefunden, und Wissenschaftler konnten eine 3D-Ansicht des Filaments erstellen, das erste Mal, dass die schwer zu erkennende dunkle Materie so detailliert gemessen werden konnte. Ihre Ergebnisse legen nahe, dass das Filament eine hohe Masse aufweist. Wenn diese Messungen für den Rest des Universums repräsentativ sind, können diese Strukturen mehr als die Hälfte der gesamten Masse im Universum enthalten.
Es wird angenommen, dass dunkle Materie von Anfang an Teil des Universums war, ein Überbleibsel des Urknalls, das das Rückgrat für die großräumige Struktur des Universums bildete.
"Filamente des kosmischen Netzes sind enorm ausgedehnt und sehr diffus, was es äußerst schwierig macht, sie zu erkennen, geschweige denn in 3D zu studieren", sagte Mathilde Jauzac vom Laboratoire d'Astrophysique de Marseille in Frankreich und der Universität von KwaZulu-Natal im Süden Afrika, Hauptautor der Studie.
Das Team kombinierte hochauflösende Bilder der Region um den massiven Galaxienhaufen MACS J0717.5 + 3745 (oder kurz MACS J0717) - einen der massereichsten bekannten Galaxienhaufen - und stellte fest, dass sich das Filament etwa 60 Millionen Lichtjahre entfernt erstreckt der Cluster.
Das Team sagte, dass ihre Beobachtungen den ersten direkten Einblick in die Form des Gerüsts geben, das dem Universum seine Struktur verleiht. Sie verwendeten Hubble, das Subaru-Teleskop von NAOJ und das Kanada-Frankreich-Hawaii-Teleskop, mit spektroskopischen Daten zu den darin enthaltenen Galaxien vom WM Keck Observatory und vom Gemini Observatory. Die gemeinsame Analyse dieser Beobachtungen gibt einen vollständigen Überblick über die Form des Filaments, wenn es sich fast entlang unserer Sichtlinie aus dem Galaxienhaufen heraus erstreckt.
Das Team erläuterte sein „Rezept“ für das Studium des riesigen, aber diffusen Filaments. .
Erste Zutat: Ein vielversprechendes Ziel. Theorien der kosmischen Evolution legen nahe, dass sich Galaxienhaufen dort bilden, wo sich Filamente des kosmischen Netzes treffen, wobei die Filamente langsam Materie in die Cluster leiten. „Aus unserer früheren Arbeit an MACS J0717 wussten wir, dass dieser Cluster aktiv wächst und somit ein Hauptziel für eine detaillierte Untersuchung des kosmischen Netzes ist“, erklärt Co-Autor Harald Ebeling (Universität von Hawaii in Manoa, USA) leitete das Team, das MACS J0717 vor fast einem Jahrzehnt entdeckte.
Zweite Zutat: Fortgeschrittene Gravitationslinsen-Techniken. Albert Einsteins berühmte allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass der Lichtweg gebogen wird, wenn er durch oder in der Nähe von Objekten mit einer großen Masse verläuft. Filamente des kosmischen Netzes bestehen größtenteils aus dunkler Materie [2], die nicht direkt gesehen werden kann, aber ihre Masse reicht aus, um das Licht zu biegen und die Bilder von Galaxien im Hintergrund zu verzerren, was als Gravitationslinsen bezeichnet wird. Das Team hat neue Tools entwickelt, um die Bildverzerrungen in eine Massenkarte umzuwandeln.
Dritte Zutat: Hochauflösende Bilder. Gravitationslinsen sind ein subtiles Phänomen, und für ihre Untersuchung sind detaillierte Bilder erforderlich. Mit Hubble-Beobachtungen konnte das Team die genaue Verformung in Form zahlreicher Linsengalaxien untersuchen. Dies zeigt wiederum, wo sich das verborgene Filament der dunklen Materie befindet. "Die Herausforderung", erklärt Co-Autor Jean-Paul Kneib (LAM, Frankreich), "bestand darin, ein Modell der Clusterform zu finden, das allen beobachteten Linsenmerkmalen entspricht."
Endlich: Messungen von Entfernungen und Bewegungen. Hubbles Beobachtungen des Clusters liefern die bisher beste zweidimensionale Karte eines Filaments, aber um seine Form in 3D zu sehen, waren zusätzliche Beobachtungen erforderlich. Farbbilder [3] sowie mit Spektrometern [4] gemessene Galaxiengeschwindigkeiten unter Verwendung von Daten der Subaru-, CFHT-, WM Keck- und Gemini North-Teleskope (alle auf Mauna Kea, Hawaii) ermöglichten es dem Team, Tausende von Galaxien zu lokalisieren innerhalb des Filaments und um die Bewegungen vieler von ihnen zu erfassen.
Ein Modell, das Positions- und Geschwindigkeitsinformationen für alle diese Galaxien kombinierte, wurde konstruiert und enthüllte dann die 3D-Form und -Orientierung der Filamentstruktur. Infolgedessen konnte das Team die wahren Eigenschaften dieser schwer fassbaren Filamentstruktur ohne die Unsicherheiten und Verzerrungen messen, die sich aus der Projektion der Struktur auf zwei Dimensionen ergeben, wie dies bei solchen Analysen üblich ist.
Die erzielten Ergebnisse stoßen an die Grenzen von Vorhersagen, die durch theoretische Arbeiten und numerische Simulationen des kosmischen Netzes getroffen wurden. Mit einer Länge von mindestens 60 Millionen Lichtjahren ist das MACS J0717-Filament selbst auf astronomischen Skalen extrem. Und wenn der vom Team gemessene Massengehalt als repräsentativ für Filamente in der Nähe von Riesenclustern angesehen werden kann, können diese diffusen Verbindungen zwischen den Knoten des kosmischen Netzes noch mehr Masse (in Form von dunkler Materie) enthalten, als Theoretiker vorhergesagt haben.
Weitere Informationen in diesem ESA HubbleCast-Video:
Quelle: ESA Hubble
