Een algemeen geloof onder astronomen is dat groepen en clusters van sterrenstelsels voornamelijk verschillen in het aantal sterrenstelsels dat ze bevatten:er zijn minder sterrenstelsels in groepen en meer in clusters. Onder leiding van Maret Einasto besloten astronomen van het Tartu Observatorium van de Universiteit van Tartu daar onderzoek naar te doen en ontdekten nog meer verschillen tussen groepen en clusters.

De structuur van het universum kan worden omschreven als een gigantisch netwerk, een kosmisch web, met ketens (filamenten) van afzonderlijke sterrenstelsels en kleine groepen van sterrenstelsels die rijke groepen van sterrenstelsels en clusters met elkaar verbinden die duizenden sterrenstelsels kunnen bevatten. Tussen sterrenstelsels bevinden zich gigantische holtes met vrijwel geen zichtbare materie (sterrenstelsels en gas). Groepen en clusters van sterrenstelsels kunnen op hun beurt zelfs nog grotere systemen vormen, superclusters genoemd.

In hun onderzoek gebruikten Tartu-astronomen gegevens over groepen sterrenstelsels, hun helderste sterrenstelsels (zogenaamde hoofdstelsels) en hun omgeving. Het doel was om deze gegevens te combineren om te zien of dit nieuwe informatie kon opleveren over de mogelijke indeling van groepen van verschillende grootte.

Uit het onderzoek bleek dat groepen en clusters van sterrenstelsels kunnen worden onderverdeeld in twee klassen met heel verschillende eigenschappen. De fysieke processen die de vorming en evolutie van de belangrijkste sterrenstelsels in groepen en clusters beïnvloeden, verschillen in rijke en arme groepen.

In het werk beschreven onderzoekers de omgeving van de groepen op twee verschillende manieren. Ten eerste beschreven ze het kosmische web in termen van het veld met algemene dichtheid, met superclusters als de grootste gebieden met hoge dichtheid en holtes als gebieden met lage dichtheid. Ten tweede berekenden ze voor elke groep sterrenstelsels de afstand tot de dichtstbijzijnde filamentas. Deze afstand laat zien of de groep zich in een filament bevindt, dichtbij of ver weg van de filamenten.

Onderzoekers verdeelden de belangrijkste sterrenstelsels van groepen sterrenstelsels in sterrenstelsels zonder actieve stervorming (deze sterrenstelsels zijn overwegend rood) en sterrenstelsels waar momenteel stervorming actief is (jonge sterren geven deze sterrenstelsels hun blauwe kleur). Ze vonden echter ook rode stervormende sterrenstelsels onder de belangrijkste sterrenstelsels van de groepen.

Door de eigenschappen van de belangrijkste sterrenstelsels in groepen met verschillende helderheid (of rijkdom) te vergelijken, bleek dat groepen in twee hoofdklassen vallen:groepen en clusters met hoge helderheid, waarin bijna alle belangrijke sterrenstelsels niet-stervormende rode sterrenstelsels zijn. en groepen met een lage helderheid, die naast degenen zonder actieve stervorming ook blauwe of rode stervormende sterrenstelsels als belangrijkste sterrenstelsels kunnen hebben.

De verschillen tussen groepen en clusters zijn niet beperkt tot helderheid:elk monster kan in tweeën worden verdeeld op basis van één kenmerk. Bovendien werd ontdekt dat groepen en clusters van sterrenstelsels met een hoge helderheid zich allemaal bevinden in filamenten in gebieden met een hoge dichtheid.

Alle helderste en rijkste clusters bevinden zich in filamenten in superclusters. Daarentegen zijn groepen van sterrenstelsels met een lage helderheid en afzonderlijke sterrenstelsels overal in het kosmische web te vinden, ook in gebieden met een lage dichtheid:in holtes, in dunne filamenten of zelfs vrij ver weg van filamenten. Interessant is dat in superclusters de helderheid van arme groepen sterrenstelsels met hetzelfde aantal leden veel hoger is dan buiten superclusters.

Uit het onderzoek bleek dat de dynamische eigenschappen van rijke groepen met hoofdstelsels die niet langer stervormend zijn ook verschillen van die van groepen met hoofdstelsels met actieve stervorming. In het eerste geval bevinden de belangrijkste sterrenstelsels zich meestal in het groeps- of clustercentrum, terwijl de stervormende hoofdstelsels zich behoorlijk ver van het groepscentrum kunnen bevinden.

Astronomen hebben ontdekt dat de uit eerdere studies bekende relatie tussen de stellaire snelheidsspreidingen van hoofdstelsels en de groepssnelheidsspreidingen niet opgaat in het geval van zeer rijke clusters, vooral niet in clusters met niet-stervormende hoofdstelsels.

Het beschrijven van de eigenschappen van de structuur van het universum en hoe deze zich vormen en evolueren is een van de fundamentele taken van de kosmologie. De resultaten vergroten ons begrip van de vorming en evolutie van groepen en clusters van sterrenstelsels en hun belangrijkste sterrenstelsels in het kosmische web.

Rijke clusters van sterrenstelsels kunnen zich alleen vormen in gebieden waar de totale materiedichtheid voldoende hoog is en waar er voldoende gas nodig is voor stervorming. In zulke regio’s kunnen rijke clusters zich aansluiten bij andere (even rijke) groepen en clusters. In regio's met een lage dichtheid (de momenteel lege gebieden) kunnen zich alleen tamelijk arme groepen vormen, die vrij ver uit elkaar liggen, en er zijn dus weinig fusies.

De onderzoeksresultaten suggereren ook dat de fysieke processen die de vorming en evolutie van de belangrijkste sterrenstelsels in groepen en clusters beïnvloeden, verschillend zijn in rijke en arme groepen. De evolutie van afzonderlijke sterrenstelsels en hoofdstelsels in kleine groepen wordt voornamelijk beïnvloed door processen in en rond hun halo's van donkere materie; de impact van andere sterrenstelsels en verder weg gelegen omgevingen (fusies van sterrenstelselgroepen, enz.) is vooral belangrijk in rijke clusters.

De studie onderstreepte ook het belang van superclusters van sterrenstelsels als een unieke omgeving voor de vorming en evolutie van sterrenstelsels en sterrenstelselsystemen.

Bij het onderzoek naar sterrenstelsels en groepen van sterrenstelsels zal de volgende stap van de werkgroep het gebruik van de nieuwe waarnemingsgegevens zijn, waaronder gegevens over zeer zwakke sterrenstelsels. Tartu Observatory neemt deel aan een aantal van dergelijke observatieprogramma's.

Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Astronomy &Astrophysics .

Meer informatie: Maret Einasto et al, Groepen en clusters van sterrenstelsels en hun helderste sterrenstelsels binnen het kosmische web, Astronomie en astrofysica (2023). DOI:10.1051/0004-6361/202347504

Journaalinformatie: Astronomie en astrofysica

Geleverd door de Estse Onderzoeksraad