Mit Hubbles Advanced Camera for Surveys konnten Astronomen unsichtbare dunkle Materie in einer fernen Galaxie kartieren und so eine der schärfsten und detailliertesten Karten der dunklen Materie im Universum erstellen. Die Suche nach unsichtbarer und unbestimmter Materie ist eine schwierige Aufgabe, die Astronomen jedoch seit über einem Jahrzehnt versuchen. Diese neue Karte könnte auch Hinweise auf andere mysteriöse Dinge im Universum geben - dunkle Energie - und welche Rolle sie in den frühen Gründungsjahren des Universums spielte.
Ein Team unter der Leitung von Dan Coe von JPL untersuchte mit Hubble Abell 1689, das 2,2 Milliarden Lichtjahre entfernt liegt. Die Schwerkraft des Clusters, die hauptsächlich aus dunkler Materie stammt, wirkt wie eine kosmische Lupe, die das Licht entfernter Galaxien dahinter biegt und verstärkt. Dieser als Gravitationslinsen bezeichnete Effekt erzeugt mehrere, verzerrte und stark vergrößerte Bilder dieser Galaxien, wodurch die Galaxien verzerrt und verschwommen aussehen. Durch die Untersuchung der verzerrten Bilder schätzten die Astronomen die Menge der dunklen Materie innerhalb des Clusters. Wenn die Schwerkraft des Clusters nur von den sichtbaren Galaxien stammen würde, wären die Linsenverzerrungen viel schwächer.
Was sie fanden, deutet darauf hin, dass sich Galaxienhaufen früher als erwartet gebildet haben könnten, bevor der Druck der dunklen Energie ihr Wachstum hemmte.
Dunkle Energie drückt Galaxien auseinander, indem sie den Raum zwischen ihnen ausdehnt, wodurch die Bildung von riesigen Strukturen unterdrückt wird, die als Galaxienhaufen bezeichnet werden. Eine Möglichkeit, wie Astronomen dieses urzeitliche Tauziehen untersuchen können, besteht darin, die Verteilung der Dunklen Materie in Clustern abzubilden.
"Die Bilder mit Linsen sind wie ein großes Puzzle", sagte Coe. "Hier haben wir zum ersten Mal einen Weg gefunden, die Masse von Abell 1689 so anzuordnen, dass alle diese Hintergrundgalaxien an ihre beobachteten Positionen gebracht werden." Coe verwendete diese Informationen, um eine Karte mit höherer Auflösung der Verteilung der Dunklen Materie des Clusters zu erstellen, als dies zuvor möglich war.
Basierend auf ihrer höher aufgelösten Massenkarte bestätigen Coe und seine Mitarbeiter frühere Ergebnisse, die zeigen, dass der Kern von Abell 1689 in dunkler Materie viel dichter ist als für einen Cluster seiner Größe erwartet, basierend auf Computersimulationen des Strukturwachstums. Abell 1689 schließt sich einer Handvoll anderer gut untersuchter Cluster an, die ähnlich dichte Kerne aufweisen. Der Befund ist überraschend, da der Schub der dunklen Energie zu Beginn der Universumsgeschichte das Wachstum aller Galaxienhaufen gebremst hätte.
"Galaxienhaufen hätten sich daher Milliarden von Jahren früher bilden müssen, um die heutigen Zahlen zu erreichen", sagte Coe. „Früher war das Universum kleiner und dichter mit dunkler Materie gefüllt. Abell 1689 scheint bei der Geburt von der dichten Materie, die es im frühen Universum umgibt, gut ernährt worden zu sein. Der Cluster hat diese Masse durch sein Erwachsenenleben mitgenommen, um so zu erscheinen, wie wir es heute beobachten. “
Astronomen planen, weitere Cluster zu untersuchen, um den möglichen Einfluss der Dunklen Energie zu bestätigen. Ein wichtiges Hubble-Programm zur Analyse der Dunklen Materie in gigantischen Galaxienhaufen ist die Cluster Lensing- und Supernova-Umfrage mit Hubble (CLASH). In dieser Umfrage wird das Teleskop in den nächsten drei Jahren insgesamt einen Monat lang 25 Cluster untersuchen. Die CLASH-Cluster wurden aufgrund ihrer starken Röntgenemission ausgewählt, was darauf hinweist, dass sie große Mengen an heißem Gas enthalten. Diese Fülle bedeutet, dass die Cluster extrem massiv sind. Durch Beobachtung dieser Cluster werden Astronomen die Verteilungen der Dunklen Materie abbilden und nach schlüssigeren Beweisen für die frühe Clusterbildung und möglicherweise für die frühe Dunkle Energie suchen.
