Ostatnie obserwacje rentgenowskie próby bardzo odległych galaktyk wykonane za pomocą orbitalnego teleskopu XMM-Newton pozwoliły na opracowanie metody precyzyjnego wyznaczania ich masy, co będzie przydatne do badań ewolucji ciemniej materii i ciemniej energii.
W celu badań zawartości ciemniej materii w odległych gromadach galaktyk konieczne jest wyznaczenie masy zwyczajnej materii oraz masy całkowitej (wraz z ciemną materią). Emisja rentgenowska gromady galaktyk jest związana z masą zawartej w niej zwykłej materii, dzięki czemu można określić masę świecącej materii. Masa całkowita może być natomiast określona poprzez analizę soczewkowania grawitacyjnego.
Do tej pory oszacowania masy gromad na podstawie emisji rentgenowskiej mogły być wykonane tylko dla gromad niezbyt odległych. Obecnie praca zespołu naukowców z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE), Laboratory of Astrophysics of Marseilles (LAM) i Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) pozwoliła na zastosowanie zależności między masą, a emisją rentgenowską również dla odległych gromad.
Do badań zastosowano największą jak do tej pory próbę odległych gromad obserwowanych w zakresie promieniowania rentgenowskiego. Odległe gromady można łatwo zidentyfikować w danych rentgenowskich dzięki ich rozciągłej emisji w skali poniżej minuty kątowej. XMM-Newton jest jedynym obserwatorium mogącym obserwować bardzo odległe gromady dzięki odpowiednio dużej powierzchni zwierciadeł rentgenowskich. Dzięki temu możliwe było oszacowanie mas normalnej materii w małych i bardzo odległych strukturach istniejących we wczesnym Wszechświecie.
Masy gromad wraz z ciemną materią były obliczane poprzez pomiary zniekształcenia obrazów obiektów tła. Zniekształcenia takie były zbyt słabe aby można je było bezpośrednio zobaczyć, ale mogły być analizowane statystycznie. Dane takie mogły być zastosowane do oceny masy obiektu soczewkującego gdy znany jest środek jego masy. Jest to trudne w przypadku bardzo odległych gromad, ale analizy emisji rentgenowskiej okazały się tutaj bardzo wydajne. Dzięki temu możliwe było wyznaczenie całkowitej masy odległych gromad znacznie bardziej precyzyjnie niż w przeszłości.
Ostatecznie porównanie emisji rentgenowskiej odległych gromad z emisją gromad bliskich pozwoliło na stwierdzenie, że z uwzględnieniem niepewności emisja odległych gromad wykazuje taką samą zależność od masy jak w przypadku gromad bliskich. Oznacza to duży krok naprzód w badaniach ewolucji wielkoskalowej struktury Wszechświata.
Podczas dalszych badań metoda ta będzie przydatna do śledzenia zachowania się ciemnej materii w czasie ewikcji Wszechświata. Umożliwi też badania ciemnej energii. Pozwoli na stwierdzenie czy ciemna energia w czasie istnienia Wszechświata była stała, czy też zmieniała się dynamicznie. Możliwe też będzie stwierdzenie, czy jest ona realnym komponentem Wszechświata, czy też iluzją wywołaną ograniczeniami ogólnej teorii względności.
Obserwatorium XMM-Newton dostarcza niebagatelnej ilości pożytecznych informacji do wielu dziedzin astronomii. Warto dodać, że w grudniu zeszłego roku świętowano 10-lecie działalności kosmicznego teleskopu. Ekipa kosmonauta.net życzy dalszych owocnych lat prac obserwatorium!
Źródło: ESA
