Stor kartlegging av galaksehoper i universet
ESAs Planck-satellitt ble skutt opp i 2009 for å måle kosmisk bakgrunnsstråling. Denne strålingen ble sendt ut da universet bare var 300.000 år gammelt og inneholder informasjon om de tidligste fasene i universets historie, helt tilbake til en liten brøkdel av et sekund etter begynnelsen for 13.7 milliarder år siden. Når denne eldgamle strålingen på sin lange vei mot oss passerer gjennom varm gass som befinner seg mellom galaksene i galaksehoper får den tilført energi gjennom spredning på elektroner i gassen. Denne såkalte Sunyaev-Zel'dovich - effekten (ofte forkortet til SZ-effekten) har nå blitt brukt til å finne hittil ukjente galaksehoper basert på dataene fra Planck-satellitten. Tidligere målinger av SZ-effekten har vært konsentrert om ganske små områder på himmelen og har vært lite egnet til å finne de største og mest massive galaksehopene. Disse galaksehopene er svært interessante objekter fordi de gir oss mest nøyaktig informasjon om hva slags univers vi lever i, men de er svært sjeldne og krever derfor at man leter over store områder. Planck-satellitten måler SZ-effekten over hele himmelen og har nå gjennomsøkt et volum hundre ganger større enn noen tidligere prosjekter på leting etter galaksehoper. Planck er dermed et ekstremt effektivt verktøy for å finne massive galaksehoper, og noen av galaksehopene som nå er funnet med Planck-satelliten er ekstremt massive objekter som inneholder mer enn 10^15 ganger massen til vår egen sol.
Kvalitetssjekk av Planck-dataene
Animasjon som viser målinger av Sunyaev-Zel'dovich effekten fra en galaksehop, observert av Planck. Til venstre vises hvordan den samme delen av himmelen, langs synslinjen til en galaksehop, fremtrer i forskjellige frekvensbånd etter at det dominerende signalet fra den kosmiske bakgrunnsstrålingen og fra støv og gass i vår egen galakse er trukket fra. Høyre side viser samtidig de forskjellige frekvensbåndene i det elektromagnetiske spekteret som Planck observerer. Den kosmiske bakgrunnsstrålingen observert i retning av en galaksehop blir svakere på frekvenser lavere enn 217 GHZ og sterkere på høyere frekvenser. Dette gir et negativt signal (mørkeblå farge i figuren til venstre) for lave frekvenser og et positivt signal (rødt i figuren til venstre) for frekvenser over 217 GHz. (Trykk for å se .gif i stor utgave)
De tidligste resultatene fra disse studiene blir offentliggjort 11. januar 2011, gjennom en serie forskningsartikler som legges ut på nettet samtidig som de sendes til tidsskriftet Astronomy & Astrophysics. Mange av galaksehopene som Planck har detektert var kjent fra før, blant annet gjennom tidligere målinger av røntgenstråling fra den varme gassen i hopene. Det var derfor naturlig å sjekke at også de nyoppdagede hopene fra Planck sender ut målbar røntgenstråling. Dette fungerte også som en kvalitetskontroll av dataene fra Planck-satellitten. ESA-satellitten XMM-Newton ble derfor brukt til å gjøre røntgenmålinger i retning av galaksehop-kandidatene fra Planck. I tillegg ble det analysert arkivdata fra Hubble-teleskopet og optiske teleskoper på bakken for å lete etter ansamlinger av galakser i disse områdene. Alle kandidatene som viste et signal fra SZ-effekten med høy statistisk signifikans viste seg å være reelle galaksehoper. I tillegg ble Planck-dataene brukt til å måle SZ-effekten fra et utvalg kjente galaksehoper som man tidligere har gjort røntgenmålinger av. Den målte SZ-effekten stemte meget godt overens med det man forventet basert på røntgenmålingene. Dette innebærer at man har en god forståelse av de fysiske egenskapene til den varme gassen i galaksehopene, og disse resultatene indikerer også at Planck-dataene er pålitelige.
“Klumpete” galaksehoper og superhoper
De nyoppdagede galaksehopene viser typisk en mer kompleks struktur enn hoper som er funnet tidligere basert på røntgenstråling. Materien i de "nye" galaksehopene er ofte fordelt på to eller enda flere distinkte klumper, som i mange tilfeller er i ferd med å kollidere og smelte sammen til en større galaksehop. Noen er også klumper som befinner seg iangt nok fra hverandre til å kunne betraktes som separate galaksehoper som er klumpet sammen i såkalte superhoper, det vil si hoper av galaksehoper som ligger nær hverandre men som ikke nødvendigvis vil smelte sammen i fremtiden.
Kan gi svar om mørk materie og mørk energi
Galaksene og den varme gassen som vi kan observere i galaksehoper utgjør bare ca. 15 % av materien i hopene. Resten, 85%, utgjøres av såkalt mørk materie som består av en hittil ukjent type partikler. I galaksehoper som kolliderer vil klumper av mørk materie skilles ut fra den vanlige materien, og studier av disse mørk materie-klumpene kan gi verdifull informasjon om egenskapene til den mørke materien. De nyoppdagede objektene fra Planck-satellitten inneholder en høy andel kolliderende galaksehoper som vil være svært egnet til slike typer studier.
I tillegg gir antallet galaksehoper som er blitt dannet gjennom universet historie et følsomt mål på egenskapene til den mørke energien som får universets ekspansjon til å akselerere. Det er derfor ekstremt viktig at man klarer å lage komplette kataloger over galaksehoper. De nye Planck-resultatene viser at selv noen av de mest massive galaksehopene ikke lot seg avsløre gjennom tidligere brukte metoder som for eksempel røntgenmålinger. Katalogen over galaksehoper fra Planck-satelitten blir derfor et viktig redskap for å kunne gjøre mer pålitelige målinger av mørk energi.
Flere oppdagelser i vente
En superhop som består av minst tre galaksehoper, observert med Planck og XMM-Newton. Denne superhopen, PLCK G214.6-37.0, ble oppdaget med Planck og bekreftet med XMM-Newton. Den rødoransje klumpen på venstre side viser SZ-bildet av superhopen, målt med Planck. Høyre panel viser et tilsvarende bilde av røntgenstråling fra varm gass, målt med XMM-Newton. Dette viser at superhopen består av minst tre galaksehoper. Planck-dataene i venstre figur har ikke tilstrekkelig oppløsning til å skille de tre komponentene i superhopen fra hverandre, og SZ-signalet som måles er en kombinasjon av signalene fra de tre enkelthopene. Vinkelavstanden mellom den øverste og nederste galaksehopen er 7.5 bueminutter. De to nederste galaksehopene har en samlet masse 1015 ganger solens masse. (Trykk for større utgave)
Galaksehopene i den katalogen som nå offentliggjøres er de hopene som viser det sterkeste signalet fra SZ-effekten. Nå venter et omfattende videre arbeid for å avsløre ytteligere flere hundre galaksehoper som har et mindre tydelig signal i Planck-dataene, og både teleskoper på bakken (blant annet Nordisk Optisk Teleskop på Kanariøyene) og romobservatorier blir brukt for å bekrefte nye galaksehop-kandidater fra Planck. Mer detaljerte studier av de nyoppdagede galaksehopene er også underveis for å måle hopenes avstand, masse og struktur. Forsker Håkon Dahle ved Institutt for Teoretisk Astrofysikk er aktivt involvert i videre studier av disse galaksehopene med bakkebaserte optiske teleskoper. Flere forskere ved ITA jobber nå også intenst med Planck-dataene for å analysere det opprinnelige signalet fra den kosmiske bakgrunnsstrålingen etter at forgrunnseffekter som SZ-effekten fra galaksehoper er trukket fra signalene som Planck måler. De vitenskapelige resultatene fra dette arbeidet vil bli offentliggjort om to år.
Filmsnutt (over): Forskjellige typer kompakte kilder (inkludert galaksehoper) som er påvist i Planck-dataene
Pressekontakt:
- Håkon Dahle (Tlf. 22857531 / 93266331)