Fig. 1. (Vänster) Galaxkluster MACS J1206 observerad med Subaru-teleskopet. (Höger) Förstorad bild av vänster av rymdteleskopet Hubble. Kredit:NASA/ESA, Umetsu et al. 2012, ApJ
När vetenskapsentusiaster över hela världen tar farväl av den legendariske kosmologen Stephen Hawking, forskare fortsätter att göra viktiga upptäckter om utvecklingen av galaxhopar som fångar fantasin.
Nu, ett internationellt samarbete mellan Yutaka Fujita vid Osaka University och forskare från Taiwan, Italien, Japan, och USA hittade en ny grundläggande lag som stadgar utvecklingen av galaxhopar. De rapporterade nyligen om studien i The Astrofysisk tidskrift .
Galaxhopar är den största himlakroppen i universum (Fig.1). Dock, det har varit svårt att mäta deras storlek och massa exakt eftersom de huvudsakligen består av mörk materia som vi inte kan observera direkt. Ett sätt att observera mörk materia indirekt är att använda gravitationslinseffekten baserad på Einsteins relativitetsteori. Ljusstrålar från en galax bakom ett kluster dras av klustrets gravitation när de passerar genom det, och deras stigar är böjda (Fig.2). Detta är exakt samma effekt som ett objektiv, fokusera ljuset från den avlägsna galaxen och förvränga dess form. Om vi kan mäta förvrängningen av formen för många bakgrundsgalaxer, vi kan avslöja klustrets gravitationsfält, och som resultat, vi kan noggrant mäta dess storlek och massa.
Fig. 2. Schematisk figur av gravitationslinsning. Ljusstrålar från en bakgrundsgalax böjs av gravitationen hos en galaxhop. Kredit:Yutaka Fujita
"En svårighet i vår forskning, " förklarar Keiichi Umetsu på Academia Sinica i Taiwan, "var att exakta mätningar av distorsionen var nödvändiga." För att övervinna detta problem, forskargruppen har använt exakta observationsdata från NASA:s Hubble Space Telescope och Subaru Telescope som drivs av National Astronomical Observatory of Japan.
Kombinera med gastemperaturdata från Chandra röntgensatellit, forskargruppen undersökte statistiskt de senaste uppgifterna och fann att de överensstämmer med en enkel lag som endast representeras av storleken, massa, och gastemperatur i kluster. Dessutom, genom att fullt ut använda datorsimuleringar, de visade att kluster har vuxit över 4 till 8 miljarder år enligt lagen. Teoretiskt sett, lagen innebär att dessa gigantiska kluster fortfarande är i tonåren, växer genom att dra en stor mängd omgivande ämnen med sin starka gravitation (Fig.3).
"Vi har upptäckt lagen som reglerar tillväxten av galaxhopar, " säger Fujita. "Kluster har en intern struktur som är unikt skapad i en tidig tillväxtspurt."
Fig. 3. (Vänster) Växande hop som lockar många galaxer och mörk materia. Galaxerna faller snabbt och gastemperaturen tenderar att stiga. Den nya lagen indikerar att klustren är i detta tillstånd. (Höger) Mognat kluster i ett lugnt tillstånd, attraherar lite material. Kredit:Yutaka Fujita
Lagen är så enkel att vi kan använda den för att kalibrera klustermassobserverbara relationer, som är en nyckelingrediens för att studera universums kosmologiska lagar.
"Vår forskning för oss närmare att förklara den evolutionära historien om kluster och universum, ", tillägger Fujita.
