La Via Lattea misura tra 100 e 120 mila anni luce di distanza, una distanza che sfida l'immaginazione. Ma gruppi di galassie, che comprendono da centinaia a migliaia di galassie che sciamano sotto una spinta gravitazionale collettiva, possono estendersi a decine di milioni di anni luce.
Questi ammassi enormi sono una complessa interazione tra galassie in collisione e materia oscura. Sembrano impossibili da mappare con precisione. Ma ora un team internazionale di astronomi che utilizza il NASA / ESA Hubble Space Telescope ha fatto esattamente questo - mappando con precisione un ammasso di galassie, soprannominato MCS J0416.1–2403, a 4,5 miliardi di anni luce di distanza.
"Anche se sappiamo come mappare la massa di un cluster usando lenti potenti per più di venti anni, ci sono voluti molto tempo per ottenere telescopi in grado di fare osservazioni sufficientemente profonde e nitide e che i nostri modelli diventassero abbastanza sofisticati per noi per mappare, con un dettaglio senza precedenti, un sistema complicato come MCS J0416.1–2403 ”, ha dichiarato il coautore Jean-Paul Kneib in un comunicato stampa.
Misurare la quantità e la distribuzione della massa all'interno di oggetti distanti può essere estremamente difficile. Soprattutto quando tre quarti di tutta la materia nell'Universo è la materia oscura, che non può essere vista direttamente in quanto non emette o riflette alcuna luce. Interagisce solo per gravità.
Ma fortunatamente grossi blocchi di materia si deformano e distorcono il tessuto dello spazio-tempo che li circonda. Agendo come obiettivi, sembrano ingrandire e piegare la luce che li attraversa da oggetti più distanti.
Questo effetto, noto come lente gravitazionale, è visibile solo in rari casi e può essere individuato solo dai più grandi telescopi. Anche gli ammassi di galassie, nonostante le loro enormi dimensioni, producono effetti gravitazionali minimi sull'ambiente circostante. Per la maggior parte causano lenti lenti, facendo apparire fonti ancora più distanti come solo leggermente più ellittiche nel cielo.
Tuttavia, quando l'allineamento del cluster e dell'oggetto distante è giusto, gli effetti possono essere sostanziali. Le galassie di sfondo possono essere sia illuminate che trasformate in anelli e archi di luce, comparendo più volte nella stessa immagine. È questo effetto, noto come "lente forte", che ha aiutato gli astronomi a mappare la distribuzione di massa in MCS J0416.1–2403.
"La profondità dei dati ci consente di vedere oggetti molto deboli e ci ha permesso di identificare galassie con lenti più forti che mai", ha detto l'autore principale Dr Jauzac. “Anche se un forte obiettivo ingrandisce le galassie di fondo, sono ancora molto lontane e molto deboli. La profondità di questi dati significa che possiamo identificare galassie di fondo incredibilmente distanti. Ora conosciamo più di quattro volte il numero di galassie fortemente concentrate nel cluster rispetto a prima. "
Usando la Advanced Camera for Surveys di Hubble, gli astronomi hanno identificato 51 nuove galassie a immagini multiple intorno al cluster, quadruplicando il numero trovato nei precedenti sondaggi. Questo effetto ha permesso a Jauzac e ai suoi colleghi di calcolare la distribuzione della materia visibile e oscura nel cluster e di produrre una mappa fortemente limitata della sua massa.
La massa totale all'interno del cluster è di 160 trilioni di volte la massa del Sole, con un'incertezza dello 0,5%. È la mappa più precisa mai prodotta.
Ma Jauzac e i colleghi non intendono fermarsi qui. Un'immagine ancora più accurata dell'ammasso di galassie dovrà includere anche misurazioni da lenti deboli. Quindi il team continuerà a studiare il cluster usando l'imaging Hubble ultra-profondo.
Utilizzeranno anche osservatori terrestri per misurare eventuali spostamenti negli spettri delle galassie e quindi prendere nota delle velocità del contenuto del cluster. La combinazione di tutte le misurazioni non solo migliorerà ulteriormente i dettagli, ma fornirà anche un modello 3D delle galassie all'interno del cluster, facendo luce sulla sua storia ed evoluzione.
Questo lavoro è stato accettato per la pubblicazione in Avvisi mensili dell'astronomia reale ed è disponibile online.
