پرتره جدید کهکشانی: ورود دوربین انرژی تاریک به مرکز ماده تاریک

خوشه کما متشکل از بیش از ۱۰۰۰ کهکشان در این تصویر جدید از دوربین قدرتمند انرژی تاریک (DECam) که در تلسکوپ چهار متری ویکتور ام. بلانکو در رصدخانه بین آمریکایی سرو تولولو در شیلی قرار دارد، درخشان است.

خوشه کهکشانی کما که در فاصله ۳۲۱ میلیون سال نوری از ما در صورت فلکی کما برنیکس قرار دارد، نقش مهمی در مطالعه ما از ماده تاریک ایجاد کرده است. در سال ۱۹۳۷، در درون این خوشه بود که فریتز زویکی، ستاره شناس کلتک، برای اولین بار شواهدی مبنی بر وجود ماده تاریک پیدا کرد. او متوجه شد که کهکشان‌های این خوشه سریع‌تر از آن چیزی که میدان گرانشی ایجاد شده توسط تمام مواد مرئی خوشه اجازه می‌دهد حرکت می‌کنند. در واقع، کهکشان‌ها به قدری سریع حرکت می‌کردند که طبق حق، باید درست از خوشه پرواز می‌کردند و به اعماق فضا می‌گریختند. بنابراین زویکی نتیجه گرفت که باید مقدار قابل توجهی از ماده نامرئی یا «تاریک» در خوشه کما وجود داشته باشد، اما ایده‌های او در آن زمان بیش از حد رادیکال تلقی می‌شد.

تنها در اواخر دهه ۱۹۶۰ و اوایل دهه ۱۹۷۰، زمانی که ورا روبین و کنت فورد با بررسی منحنی چرخش کهکشان‌ها – به عبارتی، سرعت حرکت ستاره‌ها و گازها در آن کهکشان‌ها – به طور سیستماتیک شواهدی برای ماده تاریک در کهکشان‌ها پیدا کردند، اخترشناسان به طور جدی به مطالعه ماده تاریک پرداختند.

امروزه می دانیم که ۹۰ درصد از جرم خوشه کما از ماده تاریک مرموز ساخته شده است.

از آن نقطه عطف اولیه ماده تاریک، ترکیبی از مشاهدات و نظریه‌ها نیز منجر به مدل استاندارد کیهان‌شناسی شده است که یک جهان را به تصویر می‌کشد که توسط شبکه کیهانی از ماده تاریک پیچیده شده و با ماده معمولی به شکل گاز و غبار بسته شده است. کهکشان ها تمایل دارند در امتداد رشته های این شبکه تشکیل شوند و در گره های تار که رشته ها به هم متصل می شوند، خوشه های کهکشانی را می یابیم.

یک مطالعه در سال ۲۰۲۰ توسط تیمی به سرپرستی نیکولا مالواسی از دانشگاه لودویگ-ماکسیمیلیان در آلمان نشان داد که خوشه کما به سه رشته مجزا از وب کیهانی مرتبط است که دو رشته از این رشته ها به ویژه برجسته هستند. ماده تاریک، گاز و حتی کهکشان‌های کامل در امتداد رشته‌ها جریان می‌یابند و در خوشه کما جایی که رشته‌ها به هم می‌رسند، می‌افتند. یکی از رشته‌ها در سمت غربی (از دید ما وقتی در آسمان دیده می‌شود) خوشه یافت می‌شود و همزمان با یک موج ضربه‌ای ساطع کننده اشعه ایکس است که از برخورد ماده از رشته در برخورد با محیط درون خوشه‌ای ایجاد می‌شود. گاز داغی است که فضای بین کهکشان های خوشه را پر می کند.

رشته دیگری یافت می شود که گوشه شمال شرقی خوشه کما را به هم متصل می کند و با گروه کوچکی از کهکشان ها مرتبط است که کهکشان بیضوی غول پیکر NGC 4839 را احاطه کرده است که در حال حاضر در حال سقوط در خوشه است. به طور خاص، این رشته گاز هیدروژن سرد و بکر را وارد می کند که جرقه تشکیل ستاره های تازه را در آن گوشه خوشه می دهد. همچنین نشان می دهد که خوشه کما هنوز در حال تجمع ماده و رشد جرم از طریق این رشته ها است. به طور کلی، هر چه رشته‌های بیشتری به یک خوشه متصل شوند، حجم آن خوشه بیشتر می‌شود و به نظر می‌رسد که تکامل سریع‌تر کهکشان پیش می‌رود، با فراوانی کهکشان‌های بیضوی قرمز و عدسی‌شکل که در آن‌ها شکل‌گیری ستاره عملاً متوقف شده است.

در اوایل سال جاری، اخترشناسان مستقر در کره جنوبی و ایالات متحده توانستند از روشی که به عنوان تکنیک عدسی گرانشی ضعیف شناخته می‌شود، برای یافتن رشته‌های درون خوشه‌ای ماده تاریک که از میان خوشه کما امتداد می‌یابند، استفاده کنند. این رشته های درون خوشه ای مانند پیچک هایی در انتهای رشته های بزرگتر کیهانی هستند و در واقع ماده تاریک را وارد خوشه می کنند. آنها با استفاده از Hyper Suprime-Cam در تلسکوپ سوبارو در Mauna Kea، هاوایی پیدا شدند، که اثر ظریف جرم رشته‌های ماده تاریک را تشخیص داد که گرانش کافی را ایجاد می‌کند تا فضا را به قدری منحرف کند که نور کهکشان‌های اطراف آنها را کمی منحرف کند. از این رو، ما این عدسی را ‘ضعیف’ می نامیم، برخلاف عدسی قوی که نور را از اجسام بسیار دورتر بزرگ می کند.

رشته‌های وب کیهانی می‌توانند خوشه‌های کهکشانی مجاور را نیز به هم پیوند دهند، با رشته‌ای که خوشه کما را به خوشه لئو متصل می‌کند، و این جفت با هم ابرخوشه کما با بیش از ۳۰۰۰ کهکشان را تشکیل می‌دهند که ۲۰ میلیون سال نوری از فضا را در بر می‌گیرد.

دوربین انرژی تاریکی که این عکس از خوشه کما را تولید کرد، علی رغم نامش، پس از هدایت آن در بررسی انرژی تاریک بین سال‌های ۲۰۱۳ و ۲۰۱۹، از وظایف بررسی انرژی تاریک کناره‌گیری کرد. اکنون، دوربین نجومی ۵۷۰ مگاپیکسلی به یک دوربین عمومی تبدیل شده است. اسب کار، به طور معمول تصاویری باورنکردنی تولید می کند – از جمله این.