En studie publicerad nyligen i tidskriften Natur astronomi och vilka ifrågasätter aktuella modeller för strukturbildning i universum baseras på data som erhållits med Gran Telescopio Canarias och bland dess författare finns ett team av forskare från Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC).

Universums struktur kan jämföras med en svamp, ofta kallad det kosmiska nätet. Materia koncentreras längs filament som korsar varandra, bildar zoner där mest materia ackumuleras, och andra där det finns väldigt lite. På de tätaste punkterna, galaxer samlas, bildar kluster. Dessa system, som kan innehålla tusentals galaxer, är de mest massiva strukturerna i universum.

Att studera den kosmiska webben är en av de nuvarande utmaningarna inom astrofysik. Egenskaperna hos materiens huvudkomponenter på dessa skalor är inte väl kända, så vi använder termer som "mörk materia" och "mörk energi" Den förstnämnda utgör cirka 20 procent av universums massa och är det som håller strukturerna bundna av sin egen gravitation – det fungerar lite som lim. Den andra, å andra sidan, utgör 75 procent av universum och är relaterat till hur universum expanderar. Den "normala" saken, galaxerna med sina stjärnor, gas, och damm, utgör knappt 5 procent av universums massa, men de spelar den viktiga rollen i att spåra krafterna och egenskaperna hos den mörka materian och mörka energier.

Ett internationellt team ledd av Mauro Sereno från universitetet i Bologna (Italien), med deltagande av IAC och av Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), har lokaliserat en av de tätaste galaxhoparna i universum. Studien analyserar, för första gången, de yttre zonerna i galaxklustret PSZ2 G099.86+58.45 ut till en radie av 90 miljoner ljusår, en region där distributionen av materia inte var känd tidigare, inte heller om materialet i dessa zoner är sammanbundet av klustrets gravitation.

Miljön i galaxernas kluster inkluderar andra strukturer som filamenten och andra närliggande kluster, och materialet som faller mot det mest massiva centrala klustret. "Denna studie visar att densiteten av materia runt klustret vi studerade är upp till sex gånger större än förväntat, "säger Mauro Sereno, huvudutredaren. Dessutom, forskarna har upptäckt att mekanismerna som samlar massa kan ge upphov till mycket höga densiteter, även på stora avstånd från dessa galaxgrupper.

Arbetet är baserat på "gravitationslins"-effekten, som händer när massan av en klunga och dess omgivande material böjer ljuset från mycket avlägsna galaxer, ändra formerna på bilderna i dessa bakgrundsgalaxer. Ju tätare och mer koncentrerad kroppen fungerar som en lins, desto större är deformationen av bakgrundsgalaxerna. Den statistiska studien av deformationerna för över 150, 000 bakgrundsgalaxer via den så kallade "svaga linseffekten" med djupa bilder erhållna med CFHT (Canada-France-Hawaii Telescope) har gjort det möjligt för teamet att hitta distributionen, massa, och densitet runt klustret PSZ2 G099.86+58.45. Resultaten visar att detta kluster är ett sällsynt undantag, vilket inte passar bra med modellerna för strukturbildning. Detta innebär att det måste finnas mekanismer för att samla in materia som är mycket effektivare än de vi känner till.

Även om modellerna passar bra till ämnets densitet i de inre regionerna i galaxkluster på ett avstånd av 15 till 20 miljoner ljusår, i de yttre regionerna, modellerna behöver en extra komponent för att passa de observerade data. "Denna komponent av massa är helt okänd, och de numeriska simuleringarna av galaxhopar förutsäger det inte, " förklarar Rafael Barrena, en IAC -forskare, en av författarna till artikeln publicerad i Natur astronomi ." Så vi ställs inför observationsbevis för stora mängder materia där vi inte förväntade oss att hitta det."

IAC -gruppen som deltar i denna publikation har gjort spektroskopiska observationer av ett prov av galaxer som utgör en del av PSZ2 G099.86+58.45 -klustret med hjälp av multiobjekt OSIRIS -spektrografen på Gran Telescopio Canaris (GTC) vid Roque de los Muchachos -observatoriet ( Garafía, La Palma). Genom att mäta hastigheterna för galaxernas rörelser i klustret är det möjligt att mäta dess totala massa.

Som ett praktiskt problem, detta motsvarar att mäta solens massa genom att använda planeternas hastigheter i deras banor. Med denna metod, de har lyckats mäta den totala massan av klustret. Resultaten bekräftar att PSZ2 G099.86+58.45 är en mycket massiv, tät galaxgrupp, och att effekterna av dess mycket kraftfulla gravitationsfält sträcker sig till avstånd mycket långt från dess centrum, mycket större än vad modellerna förutspår.

"Vi har tagit fram en studie som öppnar dörren till en region i universum som inte har undersökts tillräckligt nog till nu, gränsen mellan galaxhopar, " säger IAC-forskaren Alina Streblyanska, en av författarna till artikeln. Detta är en region som kan ge oss mycket information när vi studerar dessa system, hur de bildades, och hur dessa, de mest massiva strukturerna i universum, har utvecklats. Med denna studie, vi har tagit ytterligare ett litet steg mot att förstå mörk materia och hur den fördelas i universums kosmiska väv, avslutar Antonio Ferragamo, IAC-forskare.