Badając gromadę Pandory

Badając gromadę PandoryOriginal Press Release
Przedstawione obok zdjęcie ukazuje jedną z najdramatyczniejszych i najbardziej złożonych kolizji pomiędzy gromadami galaktyk jakie kiedykolwiek obserwowano.

Obszar centralny (core) jawi się w danych rentgenowskich jako podobna do pocisku struktura zbudowana z gorącego gazu oddalonego od ciemnej materii (lokalne maksima dystrybucji gorącego gazu i ciemnej materii zaznaczono za pomocą czerwony i niebieskich okręgów). Rozdzielenie jest wynikiem pojawienia się sił elektromagnetycznych pomiędzy zderzającymi się cząstkami w obłokach gazu, który spowalnia je podczas gdy ciemna materia nie poddaje się takim oddziaływaniom.

W regionie północno zachodnim (NW) widoczna jest znacznie większa separacja między gorącym gazem a ciemną materią. Zaskakujące jest to że gaz wyprzedza zagęszczenie ciemnej materii o około 500 000 lat świetlnych. Ta niezwykła konfiguracja być może powstała w wyniku zadziałania scenariusza procy (sugerowanego przez wcześniejsze badania) wyrzucającego gaz do przodu jako efekt wcześniejszych oddziaływań. W obszarach północnym (N) i zachodnim (W) być może są widoczne dwa kolejne rejony rozdzielenia gazu i ciemnej materii. Ostatni z nich zdaje się wykazywać największą z jak dotąd zaobserwowanych separacji między gazem i ciemną materią.

Autorzy badań odtworzyli szczegóły kolizji i doszli do wniosku, że w tej kosmicznej katastrofie wzięły udział cztery gromady galaktyk nadlatujące z różnych kierunków. W tym celu kluczowe było stworzenie map pozycji trzech rodzajów materii w obrębie Abell 2744. Mimo że galaktyki są jasne ich masa stanowi zaledwie 5% masy gromady – reszta to gorący gaz widoczny w paśmie rentgenowskim (20%) oraz ciemna materia stanowiąca około 75% masy, która jest niewidoczna.

Ta ostatnia jesz szczególnie trudna do badania ponieważ nie emituje, nie pochłania ani nie odbija światła, a o jej obecności świadczy jedynie oddziaływanie grawitacyjne. Aby wyznaczyć mapę jej rozmieszczenia naukowcy wykorzystali zjawisko soczewkowania grawitacyjnego – uginania światła pod wpływem pola grawitacyjnego w obrębie gromady. Wynikiem jest seria drobnych zniekształceń obrazów galaktyk widocznych w tle. Precyzyjne badanie sposobu zniekształcania obrazu pozwala stworzyć mapę rozmieszczenia masy, która powoduje zakłócenia.

Gromady galaktyk to największe grawitacyjnie związane struktury we Wszechświecie co czyni z nich potężne narzędzia badania i weryfikowania teorii kosmologicznych. Dalsze badania Abell 2744 być może zbliżą naukowców  do odpowiedzi na pytanie jak struktury te rosną oraz umożliwią lepsze poznanie cech ciemnej materii.

Źródła:

Abell 2744: Pandora's Cluster Revealed

One of the most complicated and dramatic collisions between galaxy clusters ever seen is captured in this new composite image. This collision site, known officially as Abell 2744, has been dubbed „Pandora's Cluster” because of the wide variety of different structures seen. Data from NASA's Chandra X-ray Observatory are colored red, showing gas with temperatures of millions of degrees. In blue is a map showing the total mass concentration (mostly dark matter) based on data from the Hubble Space Telescope (HST), the European Southern Observatory's Very Large Telescope (VLT), and the Japanese Subaru telescope. Optical data from HST and VLT also show the constituent galaxies of the clusters.

The „core” region (rollover mouse for labels) shows a bullet-shaped structure in the X-ray emitting hot gas and a separation between the hot gas and the dark matter. (As a guide, local peaks in the distribution of hot gas and overall matter in the different regions are shown with red and blue circles respectively). This separation occurs because electric forces between colliding particles in the clouds of hot gas create a friction that slows them down, while dark matter is unaffected by such forces.

In the Northwest („NW”) region, a much larger separation is seen between the hot gas and the dark matter. Surprisingly, the hot gas leads the „dark” clump (mostly dark matter) by about 500,000 light years. This unusual configuration may require a slingshot scenario, as suggested previously by scientists, to fling the hot gas ahead of the dark matter during an earlier interaction. In the North („N”) and the West („W”) two additional examples of hot gas separated from dark matter may be visible. The latter appears to exhibit the largest separation seen to date between hot gas and dark matter.

The authors of this study retraced the details of the collision, and deduce that at least four different galaxy clusters coming from a variety of directions were involved. To understand this history, it was crucial to map the positions of all three types of matter in Abell 2744. Although the galaxies are bright, they make up less than 5% of the mass in Abell 2744. The rest is hot gas (around 20%) visible only in X-rays, and dark matter (around 75%), which is completely invisible.

Dark matter is particularly elusive as it does not emit, absorb or reflect light, but only makes itself apparent through its gravitational attraction. To pinpoint the location of this mysterious substance the team used a phenomenon known as gravitational lensing. This is the bending of light rays from distant galaxies as they pass through the gravitational field present in the cluster. The result is a series of telltale distortions in the images of galaxies in the background of optical observations. By carefully plotting the way that these images are distorted, a map is constructed of where the mass — and hence the dark matter — actually lies (shown in blue).

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound objects in the Universe and have become powerful tools in cosmology studies. Further studies of Abell 2744 may provide a deeper understanding of the way that these important objects grow and provide new insight into the properties of dark matter.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *