Galaktisk seriekrock utreds

Det kaos som uppstår när väldiga galaxhopar kolliderar är en guldgruva av information för astronomer. Genom att undersöka en av de mest komplicerade och ovanliga hopkollisionerna som går att hitta på himlavalvet har ett internationellt forskarlag pusslat samman en kosmisk krocks 350 miljoner år långa förlopp.
 
Julian Merten är en av forskarna som lett den nya studien av hopen Abell 2744.

– På samma sätt som en kriminaltekniker pusslar samman förloppet för en olycka så kan vi använda observationer av dessa kosmiska krockar för att rekonstruera det som hänt under hundratals miljoner år. Detta kan avslöja hur strukturer bildas i universum och hur olika former av materia växelverkar när de krossas samman, förklarar han.

Renato Dupke, en annan av forskarna i teamet, tillägger:

– Vi gav den smeknamnet Pandora-hopen på grund av att så många olika och märkliga fenomen släpptes lösa vid kollisionen. Nägra av dessa fenomen har man aldrig tidigare sett.
 
Abell 2744 har nu studerats i mer detalj än någonsin tidigare genom att kombinera data från ESO:s jätteteleskop VLT, det japanska Subaruteleskopet, NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble och NASA:s röntgenteleskop Chandra.

Galaxerna i hopen syns klart och tydligt i bilderna från VLT och Hubble. Men trots att galaxerna strålar starkt så utgör de mindre än 5 procent av massan i hopen. Resten av materian är gas (ungefär 20 procent) som är så het att den endast avger röntgenstrålning, och mörk materia (omkring 75 procent) som är helt osynlig. För att förstå hur kollisionen gick till behövde teamet kartlägga var de tre typerna av materia befann sig i Abell 2744.

Mörk materia är särskilt undflyende eftersom den, som namnet antyder, vare sig utstrålar, absorberar eller reflekterar ljus. Den ger sig bara till känna genom de gravitationskrafter som den utövar på sin omgivning. För att bestämma var denna mystiska substans fanns i hopen använde sig teamet av ett fenomen som kallas gravitationslinsning. Detta fenomen uppstår då banan för ljusstrålar från avlägsna galaxer böjs av när de passerar genom hopens gravitationsfält. Detta resulterar i en rad för astronomer talande förändringar i hur bakgrundsgalaxerna avbildas i bilderna som tagits med VLT och Hubble. Genom att omsorgsfullt kartlägga hur galaxavbilderna har förändrats så är det möjligt att bestämma med tämligen god noggrannhet var den osynliga massan finns – och därmed även var den mörka materian håller hus.

Att hitta den heta gasen i hopen är istället relativt enkelt eftersom NASA:s röntgenteleskop Chandra kan observera den direkt. Dessa observationer är inte bara nödvändiga för att kunna bestämma var gasen finns:  de avgör dessutom riktningarna och hastigheterna hos de olika delarna av hopen under sammanslagningen.

När astronomerna tittade på de resultaten av observationerna fann de en mängd uppseendeväckande saker. Dan Coe, den andre av forskarna som lett studien, förklarar.

– Abell 2744 verkar ha bildats från fyra olika hopar som genomgått en rad av kollisioner under en tidsperiod av 350 miljoner år. Den komplicerade och ojämna fördelningen av de olika typerna av materia är extremt ovanlig och fascinerande, säger han.

Det verkar som den komplicerade kollisionen har drivit isär en del av den heta gasen och mörka materian så att de nu befinner sig avskilda både från varandra och från den synliga materian i galaxerna. I Pandora-hopen blandas flera olika fenomen som tidigare endast setts en och en i andra galaxhopar.

Nära hopens centrum finns en ”gevärskula”, som uppstått då gasen från en av hoparna hop kolliderade med gasen från en annan hop och skapade en chockvåg. Den mörka materian påverkades inte av denna kollision [1].

I en annan del av hopen verkar det finnas både galaxer och mörk materia, men ingen het gas. Gasen kan ha slitits bort under kollisionen, och bara lämnat ett svagt spår efter sig.
 
Än mer udda fenomen finns i utkanten av hopen. I ett område finns mängder av mörk materia, men inga ljusstarka galaxer eller het gas. En annan diffus klump av gas blivit utputtad från hopen, och istället för att följa efter så ligger denna klump före den mörka materian. Detta underliga förhållande kan hjälpa astronomer att förstå hur mörk materia fungerar och hur de olika typerna av materia i universum påverkar varandra.

Galaxhopar är de största strukturer som finns i kosmos och innehåller bokstavligen biljoner av stjärnor. Hur de bildas och utvecklas genom upprepade kollisioner och sammangåenden har viktiga påföljder för vår förståelse av universum. Pandora-hopen är den mest komplicerade och fascinerande sammansmältningen av galaxhopar som hittills blivit upptäckt. Fortsatta studier av den är redan på gång.

[1] Detta fenomen har tidigare setts i ett fåtal galaxhopskollisioner, bland dem den så kallade Gevärskulehopen (på engelska Bullet cluster) 1E 0657-56.

Forskningen presenteras i en artikel med titeln ”Creation of cosmic structure in the complex galaxy cluster merger Abell 2744”, som kommer att publiceras i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Forskarteamet består av J. Merten (Institutet för teoretisk astrofysik, Heidelberg, Tyskland; INAF-Bolognas astronomiska observatorium, Italy), D. Coe (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA), R. Dupke (Michigan-universitetet, USA; Eureka Scientific, USA; Nationella observatoriet, Rio de Janeiro, Brasilien), R. Massey (Edinburghs universitet, Skottland), A. Zitrin (Tel Avivs universitet, Israel), E.S. Cypriano (Sao Paulos universitet, Brasilien), N. Okabe (Academia Sinica-institutet för astronomi and astrofysik, Taiwan), B. Frye (San Franciscos universitet, USA), F. Braglia (British Columbia-universitetet, Kanada), Y. Jimenez-Teja (Instituto de Astrofísica de Andalucia, Granada, Spanien), N. Benitez (Instituto de Astrofísica de Andalucia), T. Broadhurst (Baskiens universitet, Spanien), J. Rhodes (Jet Propulsion Laboratory/Caltech, USA), M. Meneghetti (INAF- Bolognas astronomiska observatorium, Italy), L. A. Moustakas (Caltech), L. Sodre Jr. (Sao Paulos universitet, Brasilien), J. Krick (Spitzer Science Center/IPAC/Caltech, USA) och J. N. Bregman (Michigan-universitetet).

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 15 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop: VISTA, som observerar infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop, samt VST, det största teleskopet som konstruerats för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO bidrar dessutom till ALMA, ett revolutionerande astronomiskt teleskop och världens hittills största astronomiska projekt. ESO planerar för närvarande bygget av ett europeiskt extremt stort teleskop i 40-metersklass för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

• Forskningsartikeln
• Foton av VLT