Teleskop Hubble'a śledzi ciemną materię w gromadzie galaktyk

Wykorzystując zjawisko soczewkowania grawitacyjnego europejscy i amerykańscy astronomowie skonstruowali szczegółową "mapę masy" jednej z największych struktur we Wszechświecie. Wierzą, że doprowadzi to do lepszego zrozumienia sposobu powstawania tych potężnych układów i do zrozumienia kluczowej roli jaką odgrywa w nich ciemna materia.

 

Mapa masy gromady galaktyk CL0024+1654 stworzona dzięki szczegółowym obserwacjom teleskopu Hubble'a. Niebieska część obrazu odpowiada mapie rozkładu ciemnej materii, czerwona (pomarańczowa) część to obraz świecącej materii - galaktyki w gromadzie.
Źródło: European Space Agency, NASA, Jean-Paul Kneib (Observatoire Midi-Pyrénées, France/Caltech, USA)

Gromady galaktyk to największe stabilne układy we Wszechświecie. Są one jakby laboratoriami, w których można badać powiązania między rozkładem ciemnej i widocznej materii. W latach trzydziestych ubiegłego wieku, Fritz Zwicky, astronom z Kalifornijskiego Instytutu Technologii, pracując w obserwatorium na Mount Wilson zauważył coś dziwnego w ruchu grup galaktyk ulokowanych dziesiątki milionów lat świetlnych od nas. Ich prędkość (prędkość jednej względem drugiej) była tak duża, że przyciąganie grawitacyjne pochodzące od świecącej materii było za małe, by utrzymać galaktyki razem w jednym układzie. A przecież trzymały się razem!

Widoczny składnik gromad galaktyk (miliardy gwiazd w każdej z tysięcy galaktyk) to jedynie niewielki ułamek ich całkowitej masy. Ponad 80% materii to materia niewidoczna, tak zwana "ciemna materia". Chociaż o obecności ciemnej materii astronomowie wiedzą od dawna, problem polega na sposobie obserwacji jej rozkładu w przestrzeni - wszak ciemna materia nie świeci.

Grupa astronomów użyła Teleskopu Hubble'a do zrekonstruowania mapy rozkładu masy w gromadzie CL0024+1654. Naukowcy po raz pierwszy zobaczyli jak zagadkowa ciemna materia rozłożona jest względem galaktyk. Śledzenie ciemnej materii nie jest łatwym zadaniem, ponieważ ciemna materia nie świeci. Aby zbadać rozkład, skoncentrowano się na dużo słabszych i odleglejszych galaktykach położonych za badaną gromadą. Kształt tych odległych obiektów jest zniekształcony w wyniku grawitacji jaką wywiera na nie gromada. Dzięki takim zniekształceniom można oszacować jaka musi być masa gromady, aby wywołać taki efekt - efekt znany jako "słabe soczewkowanie grawitacyjne".

 

Podczas 5 dni obserwacji Hubble Wide Field and Planetary Camera 2 umieszczona na teleskopie Hubble'a stworzyła 39 zdjęć potrzebnych do sporządzenia mapy rozkładu masy gromady galaktyk CL0024+1654. Każdy z obrazów ma rozmiar równy 1/150 średnicy Księżyca. Cały obraz gromady liczy 27 minuty łuku.
Źródło: European Space Agency, NASA, Jean-Paul Kneib (Observatoire Midi-Pyrénées, France/Caltech, USA)

Teleskop Hubble'a poświęcił 120 godzin obserwacji, aby zbadać rozkład ciemnej materii w gromadzie - nigdy jeszcze HST nie badał żadnej gromady galaktyk aż tak długo. Obiekt znajduje się 4.5 miliarda lat świetlnych od Ziemi (tak długo biegło do nas światło z tej gromady przez Wszechświat, który liczy sobie około 14 miliardów lat). Mimo, że jest tak odległa, mierzona średnica kątowa gromady dorównuje niemal średnicy Księżyca widzianego z Ziemi.

Badania pokazały, że gęstość ciemnej materii spada ostro wraz ze wzrostem odległości od centrum gromady, co potwierdza wcześniejsze symulacje komputerowe. Zespół naukowców zauważył, że ciemna materia wydaje się grupować na obrazie powstałej mapy. Stwierdzono koncentracje ciemnej materii stowarzyszonej z galaktykami, o których wiadomo, że powoli spadają na gromadę. CL0024+1654 wzrasta w wyniku łączenia takich pomniejszych grup galaktyk, które już stanowią układ związany dzięki ciemnej materii, która jest jak klej spajający poszczególne świecące składniki.

Wyniki badań ukażą się w Astrophysical Journal. Zdjęcia i animacje dotyczące odkrycia można znaleźć na stronie http://www.spacetelescope.org/video/releases.html.

20 lipca 2003
Źródło | oprac. Karolina Zawada

Liczba odsłon: 1652