حاصل این برخورد، ساختاری است به نام «خوشه گلوله‌ای» (Bullet Cluster) که نام خود را از یکی از این دو خوشه برخوردکننده گرفته و اکنون ترکیبی از کهکشان‌ها و مواد میان‌کهکشانی است. این خوشه به‌دلیل ابرهای داغ گازی که بر اثر موج‌های ضربه‌ای در زمان برخورد گرم شده‌اند، به‌عنوان یکی از داغ‌ترین خوشه‌های کهکشانی شناخته می‌شود.
ستاره‌شناسان این پدیده را با تلسکوپ‌های مختلف در طول‌موج‌های متنوعی، از جمله پرتو ایکس و فروسرخ، رصد کرده‌اند. این مشاهدات نشان داده‌اند که بیشتر جرم خوشه را ماده تاریک تشکیل می‌دهد. ماده‌ای مرموز که با وجود نامرئی بودنش، با ایجاد اختلال در مسیر نور اجرام دوردست، همچون یک عدسی گرانشی عظیم عمل می‌کند.
اخیراً اخترشناسان، تلسکوپ فضایی جیمز وب را به سوی خوشه گلوله‌ای نشانه رفتند تا جرم آن را با دقت بیشتری اندازه‌گیری کنند. در واقع این ساختار از دو خوشه تشکیل شده: یک زیرخوشه کوچک‌تر به نام «گلوله» و خوشه بزرگ‌تری که در گذشته با آن برخورد کرده است. مشاهدات وب، تصاویری بی‌نهایت دقیق از کهکشان‌های عضو این خوشه و صدها کهکشان دوردست‌تر را در پشت آن به ثبت رساند. همچنین توزیع گاز داغ در این خوشه نیز در قالب چند «توده جداگانه» ترسیم شد. بررسی این مناطق گازی به محققان کمک کرد تا درک بهتری از نحوه توزیع ماده تاریک به دست آورند.
سانگ‌جون چا، نویسنده اصلی مقاله‌ای که نتایج این پژوهش در آن منتشر شده، می‌گوید:
«با استفاده از داده‌های وب، ما با بزرگ‌ترین مجموعه داده‌های عدسی گرانشی تاکنون، توانستیم جرم خوشه گلوله‌ای را از مرکز آن تا حاشیه‌ها با دقت بالا اندازه‌گیری کنیم.»
تصاویر وب همچنین امکان بررسی دقیق کهکشان‌های دوردستی که در پشت خوشه قرار دارند را فراهم کرده است. این کهکشان‌ها، به دلیل عدسی گرانشی ناشی از ماده تاریک، دچار اعوجاج شده‌اند و همین اعوجاج‌ها اطلاعاتی کلیدی درباره چگونگی توزیع ماده تاریک به دست می‌دهند.
اعتبار تصویر: ناسا، آژانس فضایی اروپا (ESA)، آژانس فضایی کانادا (CSA)، مؤسسه علوم تلسکوپ فضایی (STScI)، مرکز پرتو ایکس چاندرا (CXC)
کایل فینر، یکی از نویسندگان مقاله و پژوهشگر مرکز IPAC در مؤسسه Caltech، می‌گوید:
«تصاویر وب دقت ما را در اندازه‌گیری این صحنه به‌طور چشم‌گیری افزایش داده‌اند؛ از جمله مشخص‌کردن مکان دقیق ذرات نامرئی مانند ماده تاریک.»
ماده تاریک نه‌تنها در ابرهای گاز داغ خوشه حضور دارد، بلکه در اعوجاج نور کهکشان‌های پشت خوشه نیز اثرگذار است.
داستان خوشه گلوله‌ای چیست؟
با نگاهی به تصاویر ترکیبی فروسرخ و پرتو ایکس این خوشه، توده‌هایی از گاز داغ دیده می‌شوند. یکی از این توده‌ها شکلی شبیه به یک موج ضربه‌ای کمانی دارد که هنگام عبور زیرخوشه گلوله‌ای از میان خوشه بزرگ‌تر ایجاد شده است. این برخورد باعث افزایش دمای گاز تا میلیون‌ها درجه شد که از طریق تابش پرتو ایکس توسط تلسکوپ چاندرا قابل شناسایی بود.
اعتبار تصویر: پرتو ایکس: ناسا / مرکز پرتو ایکس چاندرا / رصدخانه اسمیتسونین (SAO)
برای درک اینکه چرا این خوشه برای اخترشناسان بسیار مهم است، باید روند شکل‌گیری آن را بررسی کنیم. بیش از چهار میلیارد سال پیش، این دو خوشه کهکشانی که هر دو سرشار از ستاره، گاز و ماده تاریک بودند، به یکدیگر نزدیک شدند و سرانجام برخورد کردند. ستاره‌ها تقریباً بدون آسیب از این رویداد عبور کردند، اما گازها بر اثر نیروی مقاومت (فشار رم) کند شدند، در حالی که ماده تاریک که فقط از طریق گرانش تعامل دارد، بدون مانع از درون برخورد عبور کرد.
این جداسازی بین گاز و ماده تاریک، یکی از قوی‌ترین شواهد تجربی برای وجود ماده تاریک است.
کایل فینر در این‌باره می‌گوید:
«وقتی خوشه‌ها برخورد کردند، گازهای آن‌ها به‌جای ماندند و این را می‌توان در تصاویر پرتو ایکس دید. اما مشاهدات وب نشان می‌دهند که ماده تاریک هنوز با کهکشان‌ها هم‌راستا است و از آن‌ها جدا نشده است.»
عدسی گرانشی خوشه چه چیزی را آشکار می‌کند؟
اگرچه ماده تاریک را نمی‌توان مستقیماً دید، ولی حضور آن در اطراف و درون کهکشان‌های خوشه گلوله‌ای، این سامانه را به یک عدسی گرانشی بزرگ بدل کرده است؛ عدسی‌ای کیهانی که اجرام دوردست را بزرگ‌نمایی می‌کند.
جیمز جی، استاد دانشگاه یونسی و یکی از نویسندگان مقاله می‌گوید:
«عدسی گرانشی به ما اجازه می‌دهد تا توزیع ماده تاریک را استنباط کنیم. این اثر مانند موج‌های روی سطح آب است که شکل سنگ‌ریزه‌های کف آب را تغییر می‌دهد و باعث می‌شود آب مانند یک عدسی عمل کند.»
این عدسی، هزاران کهکشان دوردست را که نورشان به‌واسطه میدان گرانشی خوشه دچار اعوجاج شده، نمایان می‌سازد. نحوه پراکندگی این کهکشان‌ها نیز اطلاعاتی درباره توزیع ماده تاریک در خوشه به ما می‌دهد.
اعتبار تصویر: پرتو ایکس: ناسا / CXC / SAO؛ فروسرخ نزدیک: ناسا / ESA / CSA / STScI؛ پردازش تصویر: ناسا / STScI / جوزف دپاسکواله
اکنون که اخترشناسان محل توزیع ماده تاریک را به‌خوبی شناسایی کرده‌اند، داده‌ها نشان می‌دهند که ذرات ماده تاریک با یکدیگر برهم‌کنش خاصی ندارند و تنها از طریق گرانش بر یکدیگر تأثیر می‌گذارند؛ گویی هر کدام مستقل از دیگری عمل می‌کنند. چالش بعدی این است که بفهمیم این ذرات دقیقاً چه هستند و از چه چیزی ساخته شده‌اند.
مشاهدات تازه وب نشان می‌دهند که ماده تاریک همچنان با کهکشان‌ها هم‌راستا باقی مانده و در جریان برخورد از آن‌ها جدا نشده است. این یافته‌ها محدودیت‌های جدید و مهمی برای رفتار احتمالی ذرات ماده تاریک تعیین می‌کنند.
