天の川は、10万光年から12万光年にわたる距離で、想像力に反する距離です。しかし、集団的な引力の下で群がる数百から数千の銀河で構成される銀河のクラスターは、数千万光年にわたることがあります。
これらの巨大なクラスターは、衝突する銀河と暗黒物質の間の複雑な相互作用です。正確にマッピングすることは不可能のようです。しかし現在、NASA / ESAハッブル宇宙望遠鏡を使用する天文学者の国際的なチームがこれを正確に実行しました。MCSJ0416.1–2403と呼ばれる、45億光年離れた銀河クラスターを正確にマッピングします。
「強力なレンズを使用してクラスターの質量をマッピングする方法は20年以上知られていますが、十分に深く鋭い観測ができる望遠鏡を得るには、そしてモデルが十分に洗練されるまでには長い時間がかかります。このような前例のない詳細で、MCS J0416.1–2403と同じくらい複雑なシステムをマッピングすること」と共同執筆者のJean-Paul Kneibはプレスリリースで述べています。
遠くのオブジェクト内の質量の量と分布を測定することは、非常に難しい場合があります。特に、宇宙のすべての物質の4分の3が暗黒物質である場合、光を放出または反射しないため、直接見ることはできません。それは重力によってのみ相互作用します。
しかし幸運なことに、物質の大きな塊はそれらの周りの時空の構造をゆがめて歪ませます。レンズのように振る舞い、遠くの物体から遠ざかる光を拡大して曲げるように見えます。
重力レンズ効果として知られているこの効果は、まれなケースでのみ表示され、最大の望遠鏡でのみ発見できます。銀河団でさえ、その巨大なサイズにもかかわらず、周囲への重力の影響は最小限ですみます。ほとんどの場合、それらは弱いレンズ効果を引き起こし、さらに遠くにある光源が空を横切る楕円形としてわずかに多く見えるようにします。
ただし、クラスターと遠方のオブジェクトの配置が適切な場合、効果は大きくなる可能性があります。背景の銀河は明るくなるだけでなく、輪や光の弧に変換され、同じ画像に数回現れることがあります。強いレンズ効果と呼ばれるこの効果が、天文学者がMCS J0416.1–2403で質量分布をマッピングするのに役立ちました。
「データの深さにより、非常にかすかな天体を見ることができ、かつてないほどレンズの強い銀河を特定することができました」と、筆頭著者のJauzac博士は語った。 「強いレンズ効果は背景の銀河を拡大しますが、それらはまだ非常に遠くにあり、非常にかすかです。これらのデータの深さは、信じられないほど遠方の背景銀河を特定できることを意味します。今では、クラスター内のレンズの強い銀河が以前よりも4倍以上多いことがわかっています。」
天文学者はハッブルのアドバンストカメラフォーサーベイを使用して、クラスターの周りにある51個の複数の画像化された銀河を特定し、以前の調査で見つかった数の4倍になりました。この効果により、Jauzacとその同僚は、クラスター内の可視物質と暗黒物質の分布を計算し、その質量の非常に制約されたマップを作成することができました。
クラスター内の総質量は太陽の質量の160兆倍であり、不確実性は0.5％です。これまでに作成された中で最も正確なマップです。
しかし、Jauzac氏らは、ここで立ち止まるつもりはありません。銀河団のさらに正確な画像には、弱いレンズからの測定値も含める必要があります。そのため、チームは超深度ハッブルイメージングを使用してクラスターを研究し続けます。
また、地上ベースの観測所を使用して銀河のスペクトルのシフトを測定するため、クラスターの内容の速度を記録します。すべての測定値を組み合わせると、ディテールがさらに強化されるだけでなく、クラスター内の銀河の3Dモデルが提供され、その歴史と進化に光が当てられます。
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