Mörk materia, en mystisk form av materia som utgör cirka 80 procent av universums massa, har undvikit upptäckt i decennier. Även om det inte interagerar med ljus, forskare tror att det finns där på grund av dess inflytande på galaxer och galaxhopar.

Den sträcker sig långt bortom räckvidden för de längsta stjärnorna i galaxer, bildar vad forskare kallar en mörk materia -gloria. Medan stjärnor i galaxen roterar i ett snyggt, organiserad disk, dessa mörka materia partiklar är som en svärm av bin, rör sig kaotiskt i slumpmässiga riktningar, vilket håller dem uppblåsta för att balansera tyngdkraften inåt.

Tidigare forskning ledd av postdoktor Eric Baxter; Bhuvnesh Jain, Walter H. och Leonore C. Annenberg Professor i naturvetenskap vid institutionen för fysik och astronomi vid Penns School of Arts and Sciences; och Chihway Chang från University of Chicago gav bevis för att mörk materia-glorier runt galaxhopar har en fördel på grund av "stänkeffekten".

"Du har denna stora gloria av mörk materia som omger varje galaxhop, "Sa Baxter, "och den har samlat materia gravitationsmässigt under hela sin historia. När den materien dras in, det går fortare och snabbare. När den äntligen faller i glorian, den vänder och börjar kretsa. Den vändningen är vad folk har börjat kalla splashback, eftersom saker och ting plaskar tillbaka i någon mening. "

När saken "stänker tillbaka, " det saktar ner. Eftersom denna effekt sker i många olika riktningar, det leder till en ansamling av materia precis vid kanten av halo och en brant nedgång i mängden materia precis utanför den positionen.

I sin första studie, forskarna använde data från Sloan Digital Sky Survey för att undersöka fördelningen av galaxer runt kluster. I en uppföljningsstudie med data från det första året av Dark Energy Survey, forskarna använde en annan metod som kallas gravitationslinsning, som drar fördel av ett fenomen där ljus som kommer mot en observatör böjer sig när materia utövar gravitationskraft på den. Genom att titta på den lätta sträckningen av objekt bakom galaxer, forskarna kan direkt mäta massprofilen, hur massan är fördelad inom galaxen.

"Det finns många olika tillämpningar av linser, "Jain sa, "men det här är en där något gick från att vara oupptäckbar till att upptäcka, så det är särskilt spännande."

I ett papper som ska publiceras i Astrofysisk tidskrift , forskarna visade att denna metod gav en förståelse av den mörka materiens halos som i stort sett överensstämmer med vad de såg med hjälp av ljuset från galaxkluster i sin första studie.

"Vi drev denna fråga om halor av mörk materia har en skarp gräns, "Jain sa." Guldstandarden för att fastställa detta är att titta direkt på massan genom gravitationslinser, vilket inte har gjorts tidigare nu. Med den senaste sammanställningen av DES -data ser vi en bild som liknar den vi såg vid fördelningen av galaxer. "

Att mäta gravitationslinser är mycket svårare än att bara mäta fördelningen av galaxer, Sa Jain.

"Vi kan lätt se galaxer, vi tar bara en bild av dem, " han sa, "men med gravitationslinser måste vi ta bilder av många fler svaga, bakgrundsgalaxer och mäter hur de förvrängs på små sätt. Det är en utmanande mätning. "

Detta ger mer utrymme för fel i mätningarna, gör att de är mindre exakta. Dock, fynden baserades endast på det första året av observationer av Dark Energy Survey. I slutet av undersökningen, det kommer att finnas ytterligare fyra års data för forskarna att analysera. Detta gör att de kan göra mer exakta mätningar, direkt undersöka saken i galaxer och galaxkluster med gravitationslinser. Tester av mörk materia kommer då att vara möjliga, eftersom alla nya fysiska interaktioner mellan mörk materia partiklar kan flytta platsen för stänk.

"Vi kan se fram emot en tydligare bild av mystiska halor av mörk materia, " sa Jain.