Astronomen fangen das erste "Bild" der Dunklen Materie ein, die das Universum zusammenhält

Seit Jahrzehnten haben Wissenschaftler Hinweise auf eine fadenförmige Struktur gefunden, die Galaxien im Universum zusammenhält. Theorien, Computermodelle und indirekte Beobachtungen haben gezeigt, dass es ein kosmisches Netz dunkler Materie gibt, das Galaxien verbindet und die großräumige Struktur des Kosmos darstellt. Aber während die Filamente, die dieses Netz bilden, massiv sind, ist dunkle Materie unglaublich schwierig zu beobachten.

Jetzt haben die Forscher produziert, was sie sagen, ist das erste zusammengesetzte Bild eines Fadens der dunklen Materie, die Galaxien miteinander verbindet.

"Dieses Bild bewegt uns über Vorhersagen hinaus zu etwas, das wir sehen und messen können", sagte Mike Hudson, Professor für Astronomie an der Universität von Waterloo in Kanada, Co-Autor einer neuen Studie, die in der Monatsmeldungen der Royal Astronomical Society.

Dunkle Materie, eine schwer fassbare Substanz, die schätzungsweise 27 Prozent des Universums ausmacht, gibt kein Licht ab, reflektiert oder absorbiert es nicht. Dies hat es praktisch unmöglich gemacht, es zu erkennen, mit Ausnahme seiner Effekte, wenn es einen Gravitationsschlepper ausübt oder wenn es das Licht entfernter Galaxien in der sogenannten Gravitationslinsenbewegung verzieht.

Für ihre Arbeit verwendeten Hudson und Co-Autor Seth Epps, der zu der Zeit der Forschung ein Masterstudent an der Universität von Waterloo war, eine Technik, die schwaches Gravitationslinseneffekt genannt wird - eine statistische Messung der leichten Biegungen, die im Pfad von Licht in der Nähe der Masse. Der Effekt erzeugt Abbildungen von Galaxien, die aufgrund der Anwesenheit von Himmelskörpern wie dunkler Materie leicht verzerrt erscheinen.

In ihrer Arbeit erklärten sie, dass sie zur Untersuchung des schwachen Linsensignals der Filamente der dunklen Materie zwei Datensätze benötigten: einen Katalog von Galaxienclusterpaaren, die mit einer Linse versehen waren, und einen Katalog von Hintergrundquellgalaxien mit genauen Abstandsmessungen.

Sie kombinierten Objektivierungsdaten einer mehrjährigen Himmelsdurchmusterung am Kanada-Frankreich-Hawaii-Teleskop mit Informationen aus dem Sloan Digital Sky Survey, die leuchtende rote Galaxien (LRGs) kartierten, entfernte, sehr alte Galaxien.

"LRGs sind sehr helle Galaxien", sagte Hudson Seeker per E-Mail. "Sie sind in der Regel massereicher als die durchschnittliche Galaxie und leben in größeren Halos aus dunkler Materie." Es ist vernünftig zu erwarten, dass das Filament oder die Brücke zwischen ihnen auch massiver sein könnte als der Durchschnitt. "

VERBINDUNG: Die Andromeda-Galaxie könnte mit dunkler Materie summend sein

Hudson und Epps kombinierten oder stapelten mehr als 23.000 Galaxienpaare, die alle etwa 4,5 Milliarden Lichtjahre entfernt liegen. Dadurch konnten sie ein zusammengesetztes Bild oder eine Karte erstellen, die das Vorhandensein von Dunkler Materie zwischen Galaxien anzeigt. Hudson sagte Seeker, dass das Filament in ihrem "Bild" der Durchschnitt aller 23.000 Paare ist.

"Der Hauptgrund, warum wir diese Galaxien benutzt haben, ist, dass sie genaue Entfernungen haben (gemessen von einem anderen Team)", erklärte Hudson. "Diese Entfernungsmessungen erlaubten uns, zwischen Paaren von Galaxien zu unterscheiden, die tatsächlich Paare in 3D waren (was bedeutet, dass beide von uns die gleiche Entfernung haben), im Gegensatz zu zwei Galaxien, die nahe am Himmel erschienen, aber tatsächlich in sehr unterschiedlichen Entfernungen waren."

3D-Paare wären physikalisch nahe beieinander und würden daher eine Brücke haben, während die zweite Gruppe nicht physisch nahe beieinander wäre und somit keine Brücke zwischen ihnen hätte. Hudson und Epps sagten, dass ihre Ergebnisse zeigen, dass die Filamentbrücke der dunklen Materie zwischen Systemen mit weniger als 40 Millionen Lichtjahren Abstand am stärksten ist.

"Mit dieser Technik können wir nicht nur sehen, dass diese Filamente der dunklen Materie im Universum existieren, wir können auch sehen, in welchem ‚Äč‚ÄčAusmaß diese Filamente Galaxien miteinander verbinden", sagte Epps in einer Erklärung.

VERBINDUNG: Getarnte Dark Matter Galaxy entdeckt

Die Urknalltheorie sagt voraus, dass Variationen in der Dichte der Materie in den allerersten Augenblicken des Universums den Großteil der Materie im Kosmos dazu gebracht haben, sich zu einem Netz von verschlungenen Filamenten zu verdichten. Um dies zu erklären, führte der Astronom Fritz Zwicky 1933 das Konzept der Dunklen Materie ein, als seine Messungen von Galaxien, die sich innerhalb eines Galaxienhaufens bewegten, zeigten, dass sie mindestens zehnmal mehr unsichtbare Materie als sichtbar haben müssen.

Aber erst in den 1970er Jahren wurde dunkle Materie ernst genommen. Vera Rubin und Kent Ford Jr. kartierten die Bewegungen von Sternen in Galaxien in der Nähe unserer eigenen Milchstraße und kamen zu dem Schluss, dass jede Galaxie enorme Mengen an unsichtbarer Materie enthalten muss, weit mehr als die gesamte sichtbare Materie. Später bestätigten Computersimulationen dies und deuteten auf die Existenz dunkler Materie hin, die wie ein Netz strukturiert ist und lange Filamente aufweist, die sich an den Stellen massiver Galaxienhaufen miteinander verbinden.

In ihrer Arbeit listen Hudson und Epps Dutzende früherer Studien auf, die versucht haben, das Netz der Dunklen Materie zu messen und zu beobachten, und sie hoffen, dass ihre Stapelungstechniken zur Messung der Filamente zwischen Gruppen und Galaxienhaufen als Grundlage für zukünftige Filamente dienen können Studien. Sie hoffen, dass kommende Umfragen und Teleskope unser Verständnis der Dunklen Materie weiter vorantreiben werden.