Млечният път измерва от 100 до 120 хиляди светлинни години, разстояние, което не подчинява въображението. Но струпвания от галактики, които се състоят от стотици до хиляди галактики, които се роят под колективно гравитационно дърпане, могат да обхванат десетки милиони светлинни години.
Тези масивни клъстери представляват сложно взаимодействие между сблъскващи се галактики и тъмна материя. Изглежда невъзможно да се прецизира точно. Но сега международен екип от астрономи, използващи космическия телескоп Хъбъл на НАСА / ESA, направи точно това - прецизно картографиране на галактически клъстер, наречен MCS J0416.1-2403, на 4,5 милиарда светлинни години.
„Въпреки че знаем как да картографираме масата на клъстер с помощта на силен обектив повече от двадесет години, отне много време да се получат телескопи, които могат да направят достатъчно дълбоки и резки наблюдения, и нашите модели да станат достатъчно сложни за нас да представят с толкова безпрецедентна подробност система, толкова сложна като MCS J0416.1-2403 “, каза съавторът Жан-Пол Кнайб в съобщение за пресата.
Измерването на количеството и разпределението на масата в отдалечени обекти може да бъде изключително трудно. Особено когато три четвърти от цялата материя във Вселената е тъмна материя, която не може да бъде видяна директно, тъй като не излъчва или отразява никаква светлина. Той взаимодейства само чрез гравитацията.
Но за щастие големи буци материя изкривяват и изкривяват тъканта на пространството-времето около тях. Действайки като лещи, те изглежда се увеличават и огъват светлина, която преминава покрай тях от по-далечни обекти.
Този ефект, известен като гравитационно лещиране, е видим само в редки случаи и може да бъде забелязан само от най-големите телескопи. Дори галактическите клъстери, въпреки огромния си размер, произвеждат минимални гравитационни ефекти върху заобикалящата ги среда. В по-голямата си част те причиняват слаби лещи, което прави още по-далечни източници да изглеждат като малко по-елиптични по цялото небе.
Когато обаче подравняването на клъстера и отдалечения обект е точно правилно, ефектите могат да бъдат значителни. Фоновите галактики могат да бъдат едновременно осветени и трансформирани в пръстени и дъги от светлина, появявайки се няколко пъти в едно и също изображение. Именно този ефект, известен като силен обектив, помогна на астрономите да картографират масовото разпределение в MCS J0416.1-2403.
„Дълбочината на данните ни позволява да виждаме много слаби обекти и ни позволи да идентифицираме по-силно отпуснатите галактики от всякога“, казва водещият автор д-р Jauzac. „Въпреки че силното обективиране увеличава фоновите галактики, те все още са много далече и много припаднали. Дълбочината на тези данни означава, че можем да идентифицираме невероятно далечни фонови галактики. Вече знаем за повече от четири пъти повече силно удължени галактики в клъстера, отколкото преди. “
Използвайки разширената камера на Хъбъл за проучвания, астрономите идентифицираха 51 нови многообразни галактики около клъстера, като умножиха числото, установено в предишни проучвания. Този ефект позволи на Jauzac и нейните колеги да изчислят разпределението на видимата и тъмна материя в клъстера и да създадат силно ограничена карта на неговата маса.
Общата маса в клъстера е 160 трилиона пъти по-голяма от масата на Слънцето, с несигурност от 0,5%. Това е най-прецизната карта, създавана някога.
Но Jauzac и колегите му не планират да спират тук. Още по-точната картина на галактическия клъстер ще трябва да включва и измервания от слаби лещи. Така екипът ще продължи да изучава клъстера, използвайки ултра дълбоки изображения на Хъбъл.
Те също така ще използват наземните обсерватории за измерване на всякакви измествания в спектрите на галактиките и следователно отбелязват скоростите на съдържанието на клъстера. Комбинирането на всички измервания не само ще подобри допълнително детайлите, но и ще предостави 3D модел на галактиките в рамките на клъстера, хвърляйки светлина върху неговата история и еволюция.
Тази работа е приета за публикуване в Месечни известия на кралската астрономия и е достъпен онлайн.
