Dwergstelsel I Zwicky 18. Afbeelding tegoed: NASA. Klik om te vergroten
Aanwijzingen die werden onthuld door de onlangs verscherpte weergave van de Hubble-ruimtetelescoop, hebben astronomen in staat gesteld om de locatie van onzichtbare "donkere materie" in ongekende details in kaart te brengen in twee zeer jonge sterrenstelsels.
Een team van het Johns Hopkins University-Space Telescope Science Institute rapporteert haar bevindingen in het decembernummer van Astrophysical Journal. (Andere, minder gedetailleerde opmerkingen verschenen in het nummer van januari 2005 van die publicatie.)
De resultaten van het team bevestigen de theorie dat de sterrenstelsels die we kunnen zien zich vormen in de dichtste gebieden van 'kosmische webben' van onzichtbare donkere materie, net zoals schuim zich op de golven van de oceaan verzamelt, zei co-auteur Myungkook James Jee, assistent-onderzoek wetenschapper bij het Henry A. Rowland Departement Fysica en Astronomie in Johns Hopkins 'Krieger School of Arts and Sciences.
"Dankzij de vooruitgang in de computertechnologie kunnen we nu het hele universum simuleren en de samensmelting van materie volgen in sterren, sterrenstelsels, sterrenstelsels en enorm lange filamenten van materie vanaf de eerste honderdduizend jaar tot nu", zei Jee. "Het is echter een hele uitdaging om de simulatieresultaten observerend te verifiëren, omdat donkere materie geen licht afgeeft."
Jee zei dat het team de subtiele zwaartekrachtlensing in Hubble-beelden heeft gemeten? dat wil zeggen de kleine vervormingen van de vormen van sterrenstelsels veroorzaakt door de zwaartekracht van ongeziene donkere materie? om zijn gedetailleerde donkere materiekaarten te produceren. Ze voerden hun waarnemingen uit in twee clusters van sterrenstelsels die zich vormden toen het universum ongeveer de helft van zijn huidige leeftijd had.
"De foto's die we hebben gemaakt, laten duidelijk zien dat de sterrenstelsels van de sterrenhopen zich in de dichtste gebieden van de halo's van de donkere materie bevinden, die in onze afbeeldingen paars worden weergegeven", zei Jee.
Het werk ondersteunt de theorie dat donkere materie? wat is 90 procent van de materie in het universum? en zichtbare materie moet op dezelfde plaatsen samensmelten omdat de zwaartekracht ze bij elkaar trekt, zei Jee. Concentraties van donkere materie zouden zichtbare materie moeten aantrekken en als gevolg daarvan moeten helpen bij de vorming van lichtgevende sterren, sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels.
Donkere materie is een van de meest raadselachtige problemen in de moderne kosmologie. Onzichtbaar en toch ongetwijfeld aanwezig? kunnen wetenschappers de effecten ervan meten? de exacte kenmerken blijven ongrijpbaar. Eerdere pogingen om donkere materie in detail in kaart te brengen met telescopen op de grond, werden belemmerd door turbulentie in de atmosfeer van de aarde, waardoor de resulterende beelden wazig werden.
"Door de atmosfeer observeren is als het proberen om de details van een foto op de bodem van een zwembad vol golven te zien", zegt Holland Ford, een van de co-auteurs van de krant en een professor in natuurkunde en astronomie bij Johns Hopkins.
Het Johns Hopkins-STScI-team was in staat om het atmosferische obstakel te overwinnen door het gebruik van de op de ruimte gebaseerde Hubble-telescoop. De installatie van de Advanced Camera for Surveys in the Hubble drie jaar geleden was een extra zegen, waardoor de ontdekkingsefficiëntie van de vorige HST met een factor 10 werd verhoogd.
Het team concentreerde zich op twee sterrenstelselclusters (elk met meer dan 400 sterrenstelsels) aan de zuidelijke hemel.
"Deze afbeeldingen waren eigenlijk vooral bedoeld om de sterrenstelsels in de clusters te bestuderen, en niet de lensing van de achtergrondstelsels", zegt co-auteur Richard White, een STScI-astronoom die ook hoofd is van het Hubble-gegevensarchief voor STScI. “Maar de scherpte en gevoeligheid van de beelden maakten ze ideaal voor dit project. Dat is de echte schoonheid van Hubble-afbeeldingen: ze zullen jarenlang worden gebruikt voor nieuw wetenschappelijk onderzoek. "
Het resultaat van de analyse van het team is een reeks levendig gedetailleerde, door computers gesimuleerde afbeeldingen die de locatie van de donkere materie illustreren. Volgens Jee bieden deze afbeeldingen onderzoekers een ongekende kans om de eigenschappen van donkere materie af te leiden.
De samengeklonterde structuur van donkere materie rond de sterrenstelsels van de clusters is in overeenstemming met de huidige overtuiging dat donkere materiedeeltjes "botsingsvrij" zijn, zei Jee. Anders dan normale materiedeeltjes, geloven natuurkundigen, botsen en verspreiden ze zich niet als biljartballen, maar gaan ze gewoon door elkaar heen.
“Botsingsloze deeltjes bombarderen elkaar niet, zoals twee waterstofatomen doen. Als deeltjes van donkere materie botsend zouden zijn, zouden we een veel soepelere verdeling van donkere materie waarnemen, zonder kleinschalige klonterige structuren, 'zei Jee.
Ford zei dat deze studie aantoont dat de ACS uniek voordelig is voor gravitatielensstudies en na verloop van tijd het begrip van de vorming en evolutie van de kosmische structuur en van donkere materie aanzienlijk zal verbeteren.
"Ik ben enorm verheugd dat de zeven jaar van hard werken door zoveel getalenteerde wetenschappers en ingenieurs om de Advanced Camera for Surveys te maken de hele mensheid diepere beelden en inzichten geeft over de oorsprong van ons prachtige universum", aldus Ford, die hoofdonderzoeker voor ACS en een leider van het wetenschapsteam.
Het ACS-team voor wetenschap en techniek is geconcentreerd aan de Johns Hopkins University en het Space Telescope Science Institute op de Homewood-campus van de universiteit in Baltimore. Het bevat ook wetenschappers van andere grote universiteiten in de Verenigde Staten en Europa. ACS is ontwikkeld door het team onder NASA-contract NAS5-32865 en dit onderzoek werd ondersteund door NASA-subsidie NAG5-7697.
Oorspronkelijke bron: JHU-persbericht
