Новая массовая карта далекого скопления галактик пока еще наиболее точна

Измерение количества и распределения массы в далеких объектах Вселенной может быть очень трудным. Уловка, которую часто используют астрономы, состоит в том, чтобы исследовать содержимое больших скоплений галактик, изучая гравитационные эффекты, которые они оказывают на свет от очень далеких объектов за их пределами. Это одна из основных целей Hubble’s Frontier Fields, амбициозной программы наблюдений, сканирующей шесть различных скоплений галактик, включая MCS J0416.1-2403, скопление, показанное на этом потрясающем новом изображении [1].Большие сгустки массы во Вселенной искривляют и искажают пространство-время вокруг себя.

Действуя как линзы, они, кажется, увеличивают и отклоняют проходящий через них свет от более удаленных объектов [2].Несмотря на их большие массы, влияние скоплений галактик на их окружение обычно минимально.

По большей части они вызывают так называемое слабое линзирование, из-за которого даже более далекие источники выглядят лишь немного более эллиптическими или размазанными по небу. Однако, когда кластер достаточно большой и плотный, а расположение кластера и удаленного объекта правильное, эффекты могут быть более драматичными.

Изображения нормальных галактик можно преобразовать в кольца и широкие дуги света, даже если они появляются несколько раз на одном изображении. Этот эффект известен как сильное линзирование, и именно этот феномен, наблюдаемый вокруг шести скоплений галактик, на которые нацелена программа Frontier Fields, был использован для картирования массового распределения MCS J0416.1-2403 с использованием новых данных Хаббла.«Глубина данных позволяет нам видеть очень слабые объекты и позволяет идентифицировать галактики с более сильными линзами, чем когда-либо прежде», — объясняет Матильда Джозак из Даремского университета, Великобритания, и Astrophysics. Отдел космологических исследований, Южная Африка, ведущий автор новой статьи Frontier Fields. «Несмотря на то, что сильное линзирование увеличивает фоновые галактики, они все еще очень далеки и очень тусклые.

Глубина этих данных означает, что мы можем идентифицировать невероятно далекие фоновые галактики. Теперь мы знаем, что в скоплении более чем в четыре раза больше сильно линзированных галактик. чем мы делали раньше ".Используя усовершенствованную камеру Хаббла для обзоров, астрономы определили 51 новую многократно отображаемую галактику вокруг скопления, что в четыре раза увеличило число, обнаруженное в предыдущих обзорах, и увеличило общее количество линзированных галактик до 68. Поскольку эти галактики видны несколько раз, это соответствует почти 200 индивидуумам. изображения с сильными линзами, которые можно увидеть по всему кадру.

Этот эффект позволил Яузак и ее коллегам вычислить распределение видимой и темной материи в скоплении и составить карту его массы с жесткими ограничениями [3].«Хотя мы знаем, как нанести на карту массу скопления с помощью сильного линзирования, уже более двадцати лет, потребовалось много времени, чтобы получить телескопы, которые могли бы проводить достаточно глубокие и точные наблюдения, а наши модели стали достаточно сложными для нас. чтобы отобразить с такой беспрецедентной детализацией такую ​​сложную систему, как MCS J0416.1-2403, — говорит член команды Жан-Поль Кнейб.

Изучив 57 галактик с наиболее надежной и четкой линзой, астрономы смоделировали массу как нормальной, так и темной материи в MCS J0416.1-2403. «Наша карта вдвое лучше всех предыдущих моделей этого кластера!» — добавляет Яузак.Полная масса внутри MCS J0416.1-2403 — согласно модели, имеющая в поперечнике более 650 000 световых лет — оказалась в 160 триллионов раз больше массы Солнца. Это измерение в несколько раз точнее, чем любая другая карта кластеров, и является наиболее точным из когда-либо созданных [4].

Точно определяя, где находится масса внутри скоплений, подобных этому, астрономы также с высокой точностью измеряют деформацию пространства-времени.«Наблюдения на Frontier Fields и методы гравитационного линзирования открыли способ очень точно охарактеризовать далекие объекты — в данном случае скопление так далеко, что его свету потребовалось четыре с половиной миллиарда лет, чтобы достичь нас», — добавляет Жан-Поль. Кнейб. "Но мы не будем останавливаться на достигнутом.

Чтобы получить полное представление о массе, нам необходимо включить измерения слабого линзирования. Хотя это может дать лишь приблизительную оценку внутренней массы ядра кластера, слабое линзирование дает ценную информацию о масса, окружающая ядро ​​кластера ".Команда продолжит изучать скопление, используя сверхглубокие изображения Хаббла и подробную информацию о сильном и слабом линзировании, чтобы нанести на карту внешние регионы скопления, а также его внутреннее ядро, и, таким образом, сможет обнаруживать субструктуры в окрестностях скопления. Они также будут использовать преимущества рентгеновских измерений горячего газа и спектроскопических красных смещений, чтобы составить карту содержимого скопления, оценивая соответствующий вклад темной материи, газа и звезд [5].

Объединение этих источников данных еще больше повысит детализацию этой карты распределения массы, показывая ее в 3D и включая относительные скорости галактик внутри нее. Это открывает путь к пониманию истории и эволюции этого скопления галактик.Примечания[1] Кластер также известен как MACS J0416.1-2403.

[2] Искривление пространства-времени большими объектами во Вселенной было одним из предсказаний общей теории относительности Альберта Эйнштейна.[3] Гравитационное линзирование — один из немногих методов, которые астрономы должны узнать о темной материи. Темная материя, которая составляет около трех четвертей всей материи во Вселенной, не может быть увидена напрямую, поскольку она не излучает и не отражает никакого света и может проходить через другую материю без трения (это бесстолкновительно).

Он взаимодействует только под действием силы тяжести, и его присутствие должно быть выведено из его гравитационных эффектов.[4] Погрешность измерения составляет всего около 0,5%, или в 1 триллион раз больше массы Солнца.

Это может показаться неточным, но это для такого измерения, как это.[5] Рентгеновская обсерватория НАСА Чандра использовалась для получения рентгеновских измерений горячего газа в скоплении, а наземные обсерватории предоставили данные, необходимые для измерения спектроскопических красных смещений.


Портал обо всем