Met behulp van Hubble's Advanced Camera for Surveys konden astronomen onzichtbare donkere materie in een ver sterrenstelsel in kaart brengen, waardoor ze een van de scherpste en meest gedetailleerde kaarten van donkere materie in het universum konden maken. Zoeken naar onzichtbare en onbepaalde materie is een moeilijke klus, maar een die astronomen al meer dan tien jaar proberen te doen. Deze nieuwe kaart kan ook aanwijzingen geven over die andere mysterieuze dingen in het universum - donkere energie - en welke rol het speelde in de beginjaren van het universum.
Een team onder leiding van Dan Coe bij JPL gebruikte Hubble om naar Abell 1689 te kijken, 2,2 miljard lichtjaar verwijderd. De zwaartekracht van de cluster, die voornamelijk afkomstig is van donkere materie, werkt als een kosmisch vergrootglas en buigt en versterkt het licht van verre melkwegstelsels erachter. Dit effect, zwaartekrachtlensing genoemd, produceert meerdere, kromgetrokken en sterk uitvergrote beelden van die sterrenstelsels, waardoor de sterrenstelsels er vervormd en wazig uitzien. Door de vervormde beelden te bestuderen, schatten astronomen de hoeveelheid donkere materie in de cluster. Als de zwaartekracht van de cluster alleen afkomstig was van de zichtbare sterrenstelsels, zouden de lensvervormingen veel zwakker zijn.
Wat ze ontdekten, suggereert dat clusters van sterrenstelsels zich eerder hebben gevormd dan verwacht, voordat de druk van donkere energie hun groei remde.
Donkere energie duwt sterrenstelsels van elkaar af door de ruimte ertussen uit te rekken, waardoor de vorming van gigantische structuren, melkwegclusters genaamd, wordt onderdrukt. Een manier waarop astronomen dit oer-touwtrekken kunnen onderzoeken, is door de verdeling van donkere materie in clusters in kaart te brengen.
'De lensbeelden zijn als een grote puzzel', zei Coe. "Hier hebben we voor het eerst een manier bedacht om de massa van Abell 1689 zo te ordenen dat deze al deze achtergrondstelsels naar hun waargenomen posities lenzen." Coe gebruikte deze informatie om een kaart met een hogere resolutie van de verdeling van de donkere materie van het cluster te maken dan voorheen mogelijk was.
Op basis van hun massakaart met hogere resolutie bevestigen Coe en zijn medewerkers eerdere resultaten waaruit blijkt dat de kern van Abell 1689 veel dichter is in donkere materie dan verwacht voor een cluster van zijn omvang, gebaseerd op computersimulaties van structuurgroei. Abell 1689 voegt zich bij een handvol andere, goed bestudeerde clusters die even dichte kernen hebben. De bevinding is verrassend, omdat de push van donkere energie vroeg in de geschiedenis van het universum de groei van alle sterrenstelselclusters zou hebben belemmerd.
"Galaxy-clusters zouden daarom miljarden jaren eerder moeten zijn gevormd om de cijfers op te bouwen die we nu zien", zei Coe. “Vroeger was het universum kleiner en vol met donkere materie. Abell 1689 lijkt bij de geboorte goed gevoed te zijn door de dichte materie die eromheen stond in het vroege heelal. De cluster heeft deze massa tijdens zijn volwassen leven meegenomen om te verschijnen zoals we die nu observeren. '
Astronomen zijn van plan meer clusters te bestuderen om de mogelijke invloed van donkere energie te bevestigen. Een belangrijk Hubble-programma dat donkere materie in gigantische melkwegclusters zal analyseren, is de Cluster Lensing en Supernova-enquête met Hubble (CLASH). In dit onderzoek bestudeert de telescoop de komende drie jaar in totaal een maand lang 25 clusters. De CLASH-clusters zijn geselecteerd vanwege hun sterke röntgenstraling, wat aangeeft dat ze grote hoeveelheden heet gas bevatten. Deze overvloed betekent dat de clusters extreem enorm zijn. Door deze clusters te observeren, zullen astronomen de verdelingen van donkere materie in kaart brengen en op zoek gaan naar meer sluitend bewijs van vroege clustervorming en mogelijk vroege donkere energie.
