En vanlig uppfattning bland astronomer är att galaxgrupper och hopar skiljer sig främst i antalet galaxer de innehåller – det finns färre galaxer i grupper och fler i kluster. Ledda av Maret Einasto bestämde sig astronomer vid Tartu Observatory vid Tartu University för att undersöka det och upptäckte ännu fler skillnader mellan grupper och kluster.

Universums struktur kan beskrivas som ett gigantiskt nätverk, en kosmisk väv, med kedjor (filament) av enstaka galaxer och små grupper av galaxer som förbinder rika galaxgrupper och kluster som kan innehålla tusentals galaxer. Mellan galaxsystemen finns det gigantiska tomrum med nästan ingen synlig materia (galaxer och gas). Galaxgrupper och kluster kan i sin tur bilda ännu större system som kallas superkluster.

I sin studie använde Tartu-astronomer data om galaxgrupper, deras ljusaste galaxer (så kallade huvudgalaxer) och deras omgivning. Syftet var att kombinera dessa data för att se om de kunde ge ny information om möjlig klassificering av grupper av olika storlekar.

Studien visade att galaxgrupper och kluster kan delas in i två klasser med ganska olika egenskaper. De fysiska processer som påverkar bildandet och utvecklingen av huvudgalaxerna i grupper och kluster skiljer sig åt i rika och fattiga grupper.

I arbetet beskrev forskare gruppernas miljö på två olika sätt. Först beskrev de det kosmiska nätet i termer av det allmänna densitetsfältet, med superkluster som de största högdensitetsområdena och tomrum som lågdensitetsområdena. För det andra beräknade de avståndet från närmaste glödtrådsaxel för varje galaxgrupp. Detta avstånd visar om gruppen är i en filament, nära eller långt borta från filament.

Forskare delade in huvudgalaxerna i galaxgrupper i galaxer utan aktiv stjärnbildning (dessa galaxer är övervägande röda) och galaxer där stjärnbildning för närvarande är aktiv (unga stjärnor ger dessa galaxer sin blå färg). Men de hittade också röda stjärnbildande galaxer bland gruppernas huvudgalaxer.

Genom att jämföra egenskaperna hos huvudgalaxerna i grupper med olika ljusstyrka (eller rikedom), fann man att grupper delas in i två huvudklasser - högljusstyrka grupper och kluster, där nästan alla huvudgalaxer är icke-stjärnbildande röda galaxer och lågljusfattiga grupper, som kan ha, förutom de som inte har någon aktiv stjärnbildning, även blå eller röda stjärnbildande galaxer som huvudgalaxer.

Skillnaderna mellan grupper och kluster är inte begränsade till ljusstyrka – varje prov kan delas upp i två baserat på en egenskap. Dessutom fann man att galaxgrupper och kluster med hög ljusstyrka alla finns i filament i områden med hög densitet.

Alla de ljusaste och rikaste klustren finns i filament i superkluster. Däremot kan galaxgrupper med låg ljusstyrka och enstaka galaxer hittas överallt i det kosmiska nätet, inklusive i områden med låg densitet - i tomrum, belägna i glesa glödtrådar eller till och med ganska långt bort från glödtrådar. Intressant nog, i superkluster är ljusstyrkan för dåliga galaxgrupper med samma antal medlemmar mycket högre än utanför superkluster.

Studien visade att de dynamiska egenskaperna hos rika grupper med huvudgalaxer som inte längre är stjärnbildande också skiljer sig från de hos grupper med huvudgalaxer med aktiv stjärnbildande. I den förstnämnda är huvudgalaxerna mestadels belägna i gruppens eller klustercentrum, medan de stjärnbildande huvudgalaxerna kan vara ganska långt från gruppens centrum.

Astronomer fann att förhållandet mellan stjärnhastighetsspridningarna i huvudgalaxer och grupphastighetsspridningarna, kända från tidigare studier, inte håller i fallet med mycket rika hopar, särskilt i hopar med icke-stjärnbildande huvudgalaxer.

Att beskriva egenskaperna hos universums struktur och hur de bildas och utvecklas är en av kosmologins grundläggande uppgifter. Resultaten utökar vår förståelse av bildandet och utvecklingen av galaxgrupper och kluster och deras huvudsakliga galaxer i det kosmiska nätet.

Rika galaxhopar kan bara bildas i områden där den totala densiteten av materia är tillräckligt hög och där det finns mycket gas som behövs för stjärnbildning. I sådana regioner kan rika kluster förenas av andra (lika rika) grupper och kluster. I regioner med låg densitet (de för närvarande tomma områdena) kan endast ganska fattiga grupper bildas, som är belägna ganska långt ifrån varandra, och därför är det få sammanslagningar.

Forskningsresultaten tyder också på att de fysiska processerna som påverkar bildandet och utvecklingen av huvudgalaxerna i grupper och kluster är olika i rika och fattiga grupper. Utvecklingen av enstaka galaxer och huvudgalaxer i små grupper påverkas huvudsakligen av processer i och runt deras mörka materia-haloer; påverkan av andra galaxer och mer avlägsna omgivningar (sammanslagningar av galaxgrupper etc.) är viktig främst i rika kluster.

Studien underströk också vikten av galaxsuperkluster som en unik miljö för bildandet och utvecklingen av galaxer och galaxsystem.

När det gäller forskning om galaxer och galaxgrupper kommer nästa steg i arbetsgruppen att använda de nya observationsdata, inklusive data om mycket svaga galaxer. Tartu Observatory deltar i ett antal sådana observationsprogram.

Uppsatsen är publicerad i tidskriften Astronomy &Astrophysics .

Mer information: Maret Einasto et al, Galaxgrupper och kluster och deras ljusaste galaxer inom det kosmiska nätet, Astronomy &Astrophysics (2023). DOI:10.1051/0004-6361/202347504

Journalinformation: Astronomi och astrofysik

Tillhandahålls av Estonian Research Council