Het is een kosmische ironie:de grootste dingen in het universum kunnen ook het moeilijkst te vinden zijn.

Elisabeth Blanton, een universitair hoofddocent astronomie aan de Universiteit van Boston, begon meer dan 20 jaar geleden op zoek naar verre clusters van sterrenstelsels. Een enkele cluster van sterrenstelsels kan zo massief zijn als een biljard zonnen, toch zijn verre clusters zo zwak dat ze praktisch onzichtbaar zijn voor iedereen behalve de grootste aardgebonden telescopen. Verre clusters bevatten stukjes van het verhaal over hoe de webachtige structuur van het universum voor het eerst ontstond en zou kunnen helpen de ware aard van donkere energie en donkere materie te verlichten. Nutsvoorzieningen, de zoektocht van haar team levert het grootste rendement tot nu toe op:een catalogus van ongeveer 200 kandidaatclusters van sterrenstelsels die, indien bevestigd, kan enkele van de meest afgelegen clusters bevatten die ooit zijn gevonden. De nieuwe resultaten, dat een handig hulpmiddel zal zijn voor astronomen over de hele wereld, werden gepubliceerd op 26 juli, 2017, editie van de Astrofysisch tijdschrift door een team dat bestaat uit Rachel Paterno-Mahler (GRS'15), Promovendus Emmet Golden-Marx (GRS'16, '19), Gagandeep Anand (GRS'17), Joshua-vleugel (GRS'07, '13), en collega's aan de Universiteit van Missouri-Kansas City en het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Clusters van sterrenstelsels kunnen duizenden sterrenstelsels en vele biljoenen sterren bevatten - en dat is precies wat astronomen kunnen zien met gewone telescopen. Heet gas tussen de sterrenstelsels gloeit met röntgenstralen, en astronomen vermoeden dat meer dan 85 procent van de massa van elk cluster verborgen is in de vorm van donkere materie. In drie dimensies in kaart gebracht, het universum is een web van heldere filamenten en donkere leegten, met clusters van sterrenstelsels die de plaatsen bezetten waar de filamenten elkaar kruisen.

Verweven in dit kosmische web zijn aanwijzingen voor twee grote kosmische mysteries:donkere materie, het onzichtbare spul dat sterrenstelsels en de ruimtes ertussen doordringt, en donkere energie, die de versnelde uitdijing van het heelal aandrijft. Samen, donkere materie en donkere energie vormen zo'n 95 procent van ons universum, wetenschappers vermoeden, maar astrofysici weten slechts indirect van het bestaan ​​van donkere materie en donkere energie, door hun invloed op de sterren en melkwegstelsels die de hemel verlichten.

De nieuwe cache van kandidaten voor clusterclusters op afstand kan onderzoekers helpen de eigenschappen van donkere materie en donkere energie vast te stellen, zegt Paterno-Mahler, eerste auteur van het nieuwe artikel, een van een reeks die uit het team van Blanton komt. "Clusters van sterrenstelsels zijn echt goede proefbanken om meer te weten te komen over de kosmologische parameters van ons universum, zoals hoeveel donkere energie er is en hoeveel donkere materie er is."

Door verre clusters te vergelijken met hun lokale tegenhangers, onderzoekers kunnen ook een tijdschema samenstellen van hoe clusters van sterrenstelsels zich vormden en groeiden. Dat komt omdat licht van de meest afgelegen clusters miljarden jaren moest reizen voordat het de aarde bereikte. dus astronomen zien die clusters zoals ze lang geleden waren. "Als we willen leren hoe clusters - de meest massieve ingestorte structuren in het universum - zich vormen en evolueren, we moeten ze over een reeks afstanden bestuderen, helemaal terug gaan, " zegt co-auteur Mark Brodwin, assistent-professor natuurkunde en astronomie aan de Universiteit van Missouri-Kansas City. En omdat clusters van sterrenstelsels astronomen toegang geven tot een groot aantal sterrenstelsels die qua leeftijd vergelijkbaar zijn, ze bieden ook een laboratorium om te bestuderen hoe individuele sterrenstelsels in de loop van de tijd zijn veranderd. "Je hebt een stel sterrenstelsels in hetzelfde tijdperk, samen in de ruimte, om te vergelijken met meer nabije sterrenstelsels, ' zegt Blaton.

Maar hoe verder een cluster van sterrenstelsels van de aarde is, hoe zwakker het lijkt. Traditionele optische telescopen moeten lange tijd naar een enkele plek in de lucht staren om genoeg licht te verzamelen om een ​​verre cluster te onthullen, en op deze manier de hele lucht in de gaten houden is tijdrovend. Dus, om de nieuwe catalogus te maken, Blanton en haar team doorzochten gearchiveerde gegevens voor aanwijzingen waar clusters zouden kunnen zijn, gevolgd door gerichte telescoopwaarnemingen. Hun zoektocht, genaamd COBRA (Clusters bezet door Bent Radio AGN, of actieve galactische kernen), werd ondersteund door subsidies van de National Science Foundation en NASA.

Hun spoor van aanwijzingen begint met het feit dat bijna elk groot sterrenstelsel een superzwaar zwart gat in het centrum heeft. Deze zwarte gaten zijn notoir rommelige eters, en als ze aan het feesten zijn, een deel van het stof en gas dat zich naar binnen stort, wordt in enorme, spiraalvormige stralen. Deze jets kunnen de breedte van de melkweg en verder uitstrekken, en ze produceren een gebrul van radiogolven dat astronomen kunnen opvangen met radiotelescopen op aarde. Als het sterrenstelsel toevallig ook door heet clustergas zoomt (of als het gas langs het sterrenstelsel zoemt), de jets buigen in een karakteristieke "C"-vorm - "zoals je haar dat in de wind waait, " zegt Blanton. Deze "C"-vorm is de eerste aanwijzing voor een mogelijke cluster.

Blantons team verdiepte zich in bestaande luchtonderzoeken en vond bijna 2, 000 van deze eigenaardige objecten. dan vleugel, als onderdeel van zijn proefschrift, vergeleek die vermoedelijke clusters met visuele lichtbeelden uit de archieven van de Sloan Digital Sky Survey. De meest opwindende kandidaten, zegt Blanton, zijn die waarvoor de Sloan-foto's er donker uitzien, een hint dat het radiosignaal afkomstig zou kunnen zijn van een cluster zo ver weg dat de Sloan Survey-telescoop het helemaal niet kan zien.

Met de mogelijkheden verder verkleind, ze gebruikten vervolgens de Spitzer Space Telescope om in te zoomen op ongeveer 650 mogelijke clusters, een voor een. (Spitzer is het meest gevoelig voor infrarood licht, straling die niet kan worden gezien door het menselijk oog, maar ideaal is voor het observeren van verre sterrenstelsels.) Met behulp van een computer, ze telden het aantal sterrenstelsels in elk Spitzer-frame en vergeleken het met het typische aantal sterrenstelsels in een vergelijkbaar deel van de lucht. Een ongewoon hoog aantal sterrenstelsels - een "overdensiteit" genoemd - suggereert een cluster van sterrenstelsels.

Een overdichtheid is geen definitief bewijs van een cluster van sterrenstelsels, Hoewel. "Je ziet een 2D-beeld van een 3D-verdeling van objecten, " legt Blanton uit. "Sommige van hen kunnen ver op de voorgrond staan, of ver op de achtergrond." Deze "projectie-effecten" kunnen de illusie wekken van een cluster waar er geen echt bestaat. De volgende stap van de groep, nu aan de gang, is om de afstand tot elk sterrenstelsel in de schijnbare cluster te meten om te bevestigen dat de groepering echt is, geen optische illusie.

Golden-Marx berekent al afstanden tot sommige sterrenstelsels met behulp van de 4,3-meter Discovery Channel Telescope, waar BU een partnerinstelling is, en Blanton hoopt tijd te winnen op de Hubble-ruimtetelescoop en een van de dubbele 10-meter Keck-telescopen op Hawaï om nog nauwkeurigere metingen te krijgen. Zodra de afstanden zijn bevestigd, het team kan de clusters op leeftijd ordenen en ook bevestigen of hun catalogus echt de meest afgelegen clusters bevat die tot nu toe zijn gevonden.