Afbeelding tegoed: ESO
Clusters van sterrenstelsels zijn zeer grote bouwstenen van het heelal. Deze gigantische structuren bevatten honderden tot duizenden sterrenstelsels en, minder zichtbaar maar even interessant, een extra hoeveelheid "donkere materie" waarvan de oorsprong nog steeds de astronomen tart, met een totale massa van duizenden miljoenen miljoenen keer de massa van onze zon. Het relatief dichtbijgelegen Coma-cluster bevat bijvoorbeeld duizenden sterrenstelsels en meet meer dan 20 miljoen lichtjaar in doorsnee. Een ander bekend voorbeeld is de Maagd-cluster op een afstand van ongeveer 50 miljoen lichtjaar en strekt zich nog steeds uit over een hoek van meer dan 10 graden aan de hemel!
Clusters van sterrenstelsels vormen zich in de dichtste gebieden van het heelal. Als zodanig volgen ze perfect de ruggengraat van de grootschalige structuren in het heelal, net zoals vuurtorens een kustlijn volgen. Studies van clusters van sterrenstelsels vertellen ons daarom over de structuur van de enorme ruimte waarin we leven.
Het REFLEX-onderzoek
Volgens dit idee volgt een Europees team van astronomen onder leiding van Hans Bühringer (MPE, Garching, Duitsland), Luigi Guzzo (INAF, Milaan, Italië), Chris A. Collins (JMU, Liverpool) en Peter Schuecker ( MPE, Garching) is begonnen met een tien jaar durende studie van deze gigantische structuren, in een poging de meest massieve clusters van sterrenstelsels te lokaliseren.
Aangezien ongeveer een vijfde van de optisch onzichtbare massa van een cluster de vorm heeft van een diffuus zeer heet gas met een temperatuur in de orde van enkele tientallen miljoenen graden, produceren clusters van sterrenstelsels krachtige röntgenstraling. Ze worden daarom het best ontdekt door middel van röntgensatellieten.
Voor deze fundamentele studie begonnen de astronomen dus met het selecteren van kandidaat-objecten met behulp van gegevens van de X-ray Sky Atlas, samengesteld door de Duitse ROSAT-satellietonderzoeksmissie. Dit was nog maar het begin - daarna volgde veel saai werk: de definitieve identificatie van deze objecten in zichtbaar licht maken en de afstand (d.w.z. roodverschuiving) van de clusterkandidaten meten.
De bepaling van de roodverschuiving werd gedaan door middel van waarnemingen met verschillende telescopen op de ESO La Silla-sterrenwacht in Chili, van 1992 tot 1999. De helderdere objecten werden waargenomen met de ESO 1,5 m en de ESO / MPG 2,2 m telescopen, terwijl voor de verder weg gelegen en zwakkere objecten werd de ESO 3,6 m telescoop gebruikt.
Het 12 jaar durende programma is bij deze telescopen uitgevoerd en staat bij astronomen bekend als de REFLEX (ROSAT-ESO Flux Limited X-ray) Cluster Survey. Het is nu afgesloten met de publicatie van een unieke catalogus met de kenmerken van de 447 helderste röntgenclusters van sterrenstelsels aan de zuidelijke hemel. Hiervan is tijdens dit onderzoek meer dan de helft van de clusters ontdekt.
De inhoud van donkere materie beperken
Clusters van sterrenstelsels zijn verre van gelijkmatig verdeeld in het heelal. In plaats daarvan hebben ze de neiging om te conglomereren tot nog grotere structuren, 'superclusters'. Dus, van sterren die zich verzamelen in sterrenstelsels, sterrenstelsels die samenkomen in clusters en clusters die samenkomen in superclusters, toont het heelal structurering op alle schalen, van de kleinste tot de grootste. Dit is een relict van het zeer vroege (vorming) tijdperk van het heelal, de zogenaamde "inflatie" -periode. In die tijd, slechts een minuscule fractie van een seconde na de oerknal, werden de kleine fluctuaties in de dichtheid versterkt en over de aionen baarden ze de veel grotere structuren.
Vanwege de link tussen de eerste fluctuaties en de gigantische structuren die nu worden waargenomen, stelt de unieke REFLEX-catalogus - de grootste in zijn soort - astronomen in staat aanzienlijke beperkingen op te leggen aan de inhoud van het heelal, en met name aan de hoeveelheid donkere materie die is waarvan wordt aangenomen dat het het doordringt. Interessant is dat deze beperkingen volledig onafhankelijk zijn van alle andere methoden die tot nu toe zijn gebruikt om het bestaan van donkere materie te bevestigen, zoals de studie van zeer verre supernova's (zie bijv. ESO PR 21/98) of de analyse van de kosmische microgolfachtergrond (bijv. de WMAP-satelliet). In feite is de nieuwe REFLEX-studie zeer complementair aan de bovengenoemde methoden.
Het REFLEX-team concludeert dat de gemiddelde dichtheid van het heelal tussen 0,27 en 0,43 maal de "kritische dichtheid" ligt, wat tot dusver de sterkste beperking op deze waarde vormt. In combinatie met de nieuwste supernova-studie, impliceert het REFLEX-resultaat dat, ongeacht de aard van de donkere energie, het een heelal nabootst met de kosmologische constante van Einstein.
Een gigantische puzzel
De REFLEX-catalogus zal ook vele andere nuttige doeleinden dienen. Hiermee kunnen astronomen de gedetailleerde processen die bijdragen aan de verwarming van het gas in deze clusters beter begrijpen. Het is ook mogelijk om het effect van de omgeving van de cluster op elk individueel sterrenstelsel te bestuderen. Bovendien is de catalogus een goed startpunt om te zoeken naar gigantische zwaartekrachtlenzen, waarbij een cluster fungeert als een gigantische vergrootlens, waardoor observaties mogelijk zijn van de zwakste en meest afgelegen objecten die anders met de huidige telescopen niet zouden worden gedetecteerd.
Maar, zoals Hans B? Hringer zegt: “Misschien is het belangrijkste voordeel van deze catalogus dat de eigenschappen van elk afzonderlijk cluster kunnen worden vergeleken met het hele monster. Dit is het belangrijkste doel van enquêtes: het samenvoegen van de stukjes van een gigantische puzzel om het grotere uitzicht te creëren, waarbij elk stuk vervolgens een nieuwe, uitgebreidere betekenis krijgt. ”
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
