Die Milchstraße hat einen Durchmesser von 100 bis 120.000 Lichtjahren, eine Entfernung, die sich jeder Vorstellungskraft entzieht. Aber Galaxienhaufen, die Hunderte bis Tausende von Galaxien umfassen, die unter einer kollektiven Anziehungskraft schwärmen, können mehrere zehn Millionen Lichtjahre umfassen.
Diese massiven Cluster sind ein komplexes Zusammenspiel zwischen kollidierenden Galaxien und dunkler Materie. Es scheint unmöglich, sie genau abzubilden. Jetzt hat ein internationales Team von Astronomen, die das Hubble-Weltraumteleskop der NASA / ESA verwenden, genau dies getan - genau einen Galaxienhaufen mit der Bezeichnung MCS J0416.1–2403, 4,5 Milliarden Lichtjahre entfernt.
„Obwohl wir seit mehr als zwanzig Jahren wissen, wie man die Masse eines Clusters mit starken Linsen abbildet, hat es lange gedauert, Teleskope zu erhalten, die ausreichend tiefe und scharfe Beobachtungen ermöglichen und unsere Modelle für uns hochentwickelt genug werden ein so kompliziertes System wie MCS J0416.1–2403 in solch beispiellosen Details abzubilden “, sagte Co-Autor Jean-Paul Kneib in einer Pressemitteilung.
Das Messen der Menge und Verteilung der Masse in entfernten Objekten kann äußerst schwierig sein. Besonders wenn drei Viertel aller Materie im Universum dunkle Materie ist, die nicht direkt gesehen werden kann, da sie kein Licht emittiert oder reflektiert. Es interagiert nur durch die Schwerkraft.
Aber zum Glück verziehen sich große Materieklumpen und verzerren das Raum-Zeit-Gewebe um sie herum. Sie wirken wie Linsen und scheinen das Licht zu vergrößern und zu biegen, das von weiter entfernten Objekten an ihnen vorbeizieht.
Dieser als Gravitationslinsen bekannte Effekt ist nur in seltenen Fällen sichtbar und kann nur von den größten Teleskopen erkannt werden. Selbst Galaxienhaufen erzeugen trotz ihrer massiven Größe nur minimale Gravitationseffekte auf ihre Umgebung. Zum größten Teil verursachen sie schwache Linsen, wodurch noch weiter entfernte Quellen am Himmel nur geringfügig elliptischer erscheinen.
Wenn jedoch die Ausrichtung des Clusters und des entfernten Objekts genau richtig ist, können die Auswirkungen erheblich sein. Die Hintergrundgalaxien können sowohl aufgehellt als auch in Ringe und Lichtbögen umgewandelt werden, die mehrmals im selben Bild erscheinen. Dieser Effekt, bekannt als starke Linse, half den Astronomen, die Massenverteilung in MCS J0416.1–2403 abzubilden.
"Durch die Tiefe der Daten können wir sehr schwache Objekte sehen und Galaxien mit stärkerer Linse als je zuvor identifizieren", sagte der Hauptautor Dr. Jauzac. „Obwohl starke Linsen die Hintergrundgalaxien vergrößern, sind sie immer noch sehr weit entfernt und sehr schwach. Die Tiefe dieser Daten bedeutet, dass wir unglaublich entfernte Hintergrundgalaxien identifizieren können. Wir kennen jetzt mehr als viermal so viele stark linsenförmige Galaxien im Cluster wie zuvor. “
Mit Hubbles Advanced Camera for Surveys identifizierten die Astronomen 51 neue mehrfach abgebildete Galaxien um den Cluster herum und vervierfachten damit die Anzahl früherer Umfragen. Dieser Effekt hat es Jauzac und ihren Kollegen ermöglicht, die Verteilung der sichtbaren und dunklen Materie im Cluster zu berechnen und eine stark eingeschränkte Karte ihrer Masse zu erstellen.
Die Gesamtmasse innerhalb des Clusters beträgt das 160 Billionen-fache der Sonnenmasse mit einer Unsicherheit von 0,5%. Es ist die genaueste Karte, die jemals erstellt wurde.
Aber Jauzac und Kollegen planen nicht, hier anzuhalten. Ein noch genaueres Bild des Galaxienhaufens muss auch Messungen von schwachen Linsen enthalten. Daher wird das Team den Cluster weiterhin mit ultra-tiefer Hubble-Bildgebung untersuchen.
Sie werden auch bodengestützte Observatorien verwenden, um Verschiebungen in den Spektren der Galaxien zu messen und daher die Geschwindigkeiten des Inhalts des Clusters zu notieren. Durch die Kombination aller Messungen werden nicht nur die Details weiter verbessert, sondern auch ein 3D-Modell der Galaxien innerhalb des Clusters bereitgestellt, das Aufschluss über seine Geschichte und Entwicklung gibt.
Diese Arbeit wurde zur Veröffentlichung in der angenommen Monatliche Mitteilungen der königlichen Astronomie und ist online verfügbar.
