Die Milchstraße misst 100 bis 120.000 Lichtjahre im Durchmesser, eine Entfernung, die jeder Vorstellungskraft entzieht. Aber Galaxienhaufen, die Hunderte bis Tausende von Galaxien umfassen, die unter einer kollektiven Anziehungskraft schwärmen, können sich über mehrere zehn Millionen Lichtjahre erstrecken.
Diese massiven Haufen sind ein komplexes Zusammenspiel zwischen kollidierenden Galaxien und dunkler Materie. Sie scheinen unmöglich genau zu kartieren. Aber jetzt hat ein internationales Team von Astronomen mit dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA/ESA genau dies getan – und einen Galaxienhaufen mit dem Namen MCS J0416.1–2403 in einer Entfernung von 4,5 Milliarden Lichtjahren präzise kartiert.
„Obwohl wir seit mehr als zwanzig Jahren wissen, wie man die Masse eines Sternhaufens mit starker Linsenoptik abbildet, hat es lange gedauert, bis wir Teleskope bekommen haben, die ausreichend tiefe und scharfe Beobachtungen machen können, und bis unsere Modelle für uns ausgereift genug sind.“ ein so kompliziertes System wie MCS J0416.1–2403 so detailliert abzubilden“, sagte Co-Autor Jean-Paul Kneib in a Pressemitteilung.
Die Messung der Menge und Verteilung der Masse in entfernten Objekten kann äußerst schwierig sein. Vor allem, wenn drei Viertel aller Materie im Universum dunkle Materie sind, die nicht direkt gesehen werden kann, da sie kein Licht emittiert oder reflektiert. Es interagiert nur durch die Schwerkraft.
Aber zum Glück verzerren und verzerren große Materieklumpen das Raum-Zeit-Gefüge um sie herum. Sie wirken wie Linsen und scheinen Licht, das von weiter entfernten Objekten an ihnen vorbeiströmt, zu vergrößern und zu biegen.
Dieser als Gravitationslinsen bezeichnete Effekt ist nur in seltenen Fällen sichtbar und kann nur von den größten Teleskopen beobachtet werden. Sogar Galaxienhaufen erzeugen trotz ihrer massiven Größe nur minimale Gravitationseffekte auf ihre Umgebung. Meistens verursachen sie eine schwache Linsenwirkung, so dass auch weiter entfernte Quellen nur geringfügig elliptischer am Himmel 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 Lichtringe und Lichtbögen umgewandelt werden, die mehrmals im selben Bild erscheinen. Es ist dieser Effekt, der als starker Linseneffekt bekannt ist, der den Astronomen half, die Massenverteilung in MCS J0416.1–2403 abzubilden.
„Die Tiefe der Daten ermöglicht es uns, sehr schwache Objekte zu sehen und Galaxien mit stärkerer Linse als je zuvor zu identifizieren“, sagte Hauptautor Dr. Jauzac. „Obwohl ein starker Linseneffekt die Hintergrundgalaxien vergrößert, sind sie immer noch sehr weit entfernt und sehr schwach. Die Tiefe dieser Daten bedeutet, dass wir unglaublich weit entfernte Hintergrundgalaxien identifizieren können. Wir kennen jetzt mehr als viermal so viele Galaxien mit starker Linse im Haufen als zuvor.“
Mit Hubbles Advanced Camera for Surveys identifizierten die Astronomen 51 neue mehrfach abgebildete Galaxien um den Haufen herum, was die Zahl der in früheren Durchmusterungen gefundenen vervierfachte. Dieser Effekt hat es Jauzac und ihren Kollegen ermöglicht, die Verteilung von sichtbarer und dunkler Materie im Haufen zu berechnen und eine stark eingeschränkte Karte seiner Masse zu erstellen.
Die Gesamtmasse innerhalb des Haufens beträgt das 160 Billionenfache der Sonnenmasse mit einer Unsicherheit von 0,5%. Es ist die genaueste Karte, die jemals produziert wurde.
Jauzac und seine Kollegen planen jedoch nicht, hier aufzuhören. Ein noch genaueres Bild des Galaxienhaufens muss auch Messungen von schwachem Linseneffekt beinhalten. Daher wird das Team den Cluster weiterhin mit ultratiefer Hubble-Bildgebung untersuchen.
Sie werden auch bodengestützte Observatorien verwenden, um jegliche Verschiebungen in den Spektren von Galaxien zu messen und damit die Geschwindigkeiten des Inhalts des Haufens zu notieren. Die Kombination aller Messungen wird nicht nur die Details weiter verbessern, sondern auch ein 3D-Modell der Galaxien innerhalb des Haufens liefern, das Licht auf ihre Geschichte und Entwicklung wirft.
Diese Arbeit wurde zur Veröffentlichung angenommen imMonatliche Mitteilungen der Königlichen Astronomieund ist Online verfügbar.