Млечный путь имеет размеры от 100 до 120 тысяч световых лет, расстояние, которое бросает вызов воображению. Но скопления галактик, которые составляют от сотен до тысяч галактик, роящихся под коллективным гравитационным воздействием, могут охватывать десятки миллионов световых лет.
Эти массивные скопления представляют собой сложное взаимодействие между сталкивающимися галактиками и темной материей. Они кажутся невозможными точно отобразить. Но теперь международная команда астрономов, использующая космический телескоп Хаббла НАСА / ЕКА, сделала именно это - точное картирование скопления галактик, получившее название MCS J0416.1–2403, на расстоянии 4,5 миллиарда световых лет.
«Несмотря на то, что мы знаем, как составить карту массы кластера с использованием сильных линз, более двадцати лет, потребовалось много времени, чтобы получить телескопы, которые могли бы проводить достаточно глубокие и резкие наблюдения, и чтобы наши модели стали достаточно сложными для нас отобразить в такой беспрецедентной детализации такую сложную систему, как MCS J0416.1–2403 », - сказал соавтор Жан-Поль Кнейб в пресс-релизе.
Измерение количества и распределения массы внутри удаленных объектов может быть чрезвычайно сложным. Особенно, когда три четверти всей материи во Вселенной - это темная материя, которую нельзя увидеть непосредственно, поскольку она не излучает и не отражает никакого света. Он взаимодействует только под действием силы тяжести.
Но, к счастью, большие скопления вещества деформируются и деформируют ткань пространства-времени вокруг них. Действуя как линзы, они, кажется, увеличивают и отклоняют свет, который проходит мимо них от более отдаленных объектов.
Этот эффект, известный как гравитационное линзирование, виден только в редких случаях и может быть обнаружен только самыми большими телескопами. Даже скопления галактик, несмотря на их огромные размеры, оказывают минимальное гравитационное воздействие на окружающую среду. По большей части они вызывают слабое линзирование, в результате чего даже более отдаленные источники выглядят немного более эллиптическими по небу.
Однако, когда выравнивание кластера и удаленного объекта является правильным, эффекты могут быть существенными. Фоновые галактики могут быть как осветлены, так и преобразованы в кольца и световые дуги, появляющиеся несколько раз на одном изображении. Именно этот эффект, известный как сильное линзирование, помог астрономам отобразить распределение массы в MCS J0416.1–2403.
«Глубина данных позволяет нам видеть очень слабые объекты и позволяет идентифицировать галактики с более сильной линзой, чем когда-либо прежде», - сказал ведущий автор доктор Яузак. «Несмотря на то, что сильные линзы увеличивают фоновые галактики, они все еще очень далеки и очень слабые. Глубина этих данных означает, что мы можем идентифицировать невероятно отдаленные фоновые галактики. Теперь мы знаем о более чем в четыре раза большем количестве сильно линзированных галактик в скоплении, чем мы знали раньше ».
Используя усовершенствованную камеру для исследований Хаббла, астрономы определили 51 новую галактику с множеством изображений вокруг скопления, что в четыре раза превышает число, найденное в предыдущих исследованиях. Этот эффект позволил Jauzac и ее коллегам рассчитать распределение видимой и темной материи в скоплении и создать сильно ограниченную карту ее массы.
Общая масса внутри скопления в 160 триллионов раз больше массы Солнца с неопределенностью 0,5%. Это самая точная карта из когда-либо созданных.
Но Яузак и его коллеги не планируют останавливаться здесь. Еще более точная картина скопления галактик также должна включать измерения со слабой линзой. Поэтому команда продолжит изучение кластера с использованием сверхглубоких изображений Хаббла.
Они также будут использовать наземные обсерватории для измерения любых сдвигов в спектрах галактик и, следовательно, отмечать скорости содержимого скопления. Объединение всех измерений не только улучшит детализацию, но и предоставит трехмерную модель галактик внутри скопления, пролив свет на его историю и эволюцию.
Эта работа была принята для публикации в Ежемесячные уведомления о королевской астрономии и доступен онлайн.
