Gromada Pandory powstała w wyniku zderzenia co najmniej czterech oddzielnych gromad. Odległa od nas o 3,5 miliarda lat świetlnych kolizja, trwała w przybliżeniu 350 milionów lat. To ona dostarczyła nam jednego z najsilniejszych dostępnych dowodów na istnienie ciemnej materii.

Artykuł opracowali Remigiusz Lewandowski i Dominik Suszalski.

Ciemna materia nie pochłania ani nie odbija promieniowania elektromagnetycznego i oddziałuje tylko przez siły grawitacyjne, w przeciwieństwie do obłoków gazu, które zderzają się oraz wywierają ciśnienie i na nie reagują. Rozdzielenie tych dwóch rodzajów materii w trakcie zderzenia dowodzi, że ciemna materia jest czymś zupełnie innym niż gwiezdny popiół z którego jesteśmy zbudowani.

Następstwa kosmicznej kolizji i gwałtownej przeszłości gromady galaktyk Abell 2744 badał zespół 18 astronomów, pochodzących z uczelni z Niemiec, USA, Wielkiej Brytanii, Włoch, Brazylii, Izraela i Tajwanu. Ich analiza dotyczyła soczewkowania grawitacyjnego oraz promieniowania X i wykorzystali dane uzyskane przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a, Bardzo Duży Teleskop, Japoński Teleskop Subaru oraz Teleskop Kosmiczny Chandra.

Naukowcy rozpoznali aż 34 obrazy 11 galaktyk tła, które znajdowały się dookoła “rdzenia” gromady, będące efektami silnego soczewkowania grawitacyjnego. Promień Einsteina dla tej “soczewki”, to 30″±3″ łuku, co odpowiada w tej odległości około 400 tysięcy lat świetlnych.

Badając słabe soczewkowanie grawitacyjne skatalogowali 1205 i 912 galaktyk, dzięki danym pochodzącym odpowiednio z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a (Hubble Space Telescope, NASA/ESA) i Bardzo Dużego Teleskopu (Very Large Telescope, ESO). Uwzględnili też galaktyki, które można było rozpoznać na zdjęciu wykonanym Teleskopem Subaru, należącym do Narodowego Obserwatorium Astronomicznego Japonii. Dzięki jednoczesnej analizie danych dotyczących rozkładu gorącego gazu, a pochodzących z Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra (Chandra X-ray Observatory, NASA/ESA) mogli stworzyć mapę ciemnej materii znajdującej się w Gromadzie Pandora.

Zdjęcie gromady galaktyk Abell 2744 jest efektem połączenia danych pochodzących z Teleskopu Kosmicznego Hubble’a NASA/ESA oraz Teleskopu VLT ESO. Warto zwrócić uwagę na zakrzywione obrazy galaktyk tła powstałe w wyniku soczewkowania grawitacyjnego.

Dlaczego do badania ciemnej materii naukowcy uciekają się do tak wyszukanych metod? Umiejscowienie gorącego gazu w gromadzie znamy przecież wprost ze zdjęć w zakresie rentgenowskim. Z ciemną materią jest inaczej. Dziś zakłada się, zgodnie z obserwacjami, że oddziałuje ona tylko i wyłącznie grawitacyjnie. A wszelkie światło, niezależnie od długości fali, związane jest z oddziaływaniem elektromagnetycznym. Tak więc do badań ciemnej materii stosuje się metody związane z grawitacją – w tym przypadku wykorzystano zjawisko nazywane soczewkowaniem grawitacyjnym. W wielkim skrócie polega ono na tym, że fotony przechodzące przez skupisko masy zmieniają swój kierunek biegu. Silnym soczewkowaniem grawitacyjnym nazywamy powstawanie bardzo zniekształconych obrazów obiektów tła, często takich obrazów jednej galaktyki może być więcej niż jeden. Słabe zaś nie jest tak spektakularne, ponieważ zniekształcenia są małe i badane metodami statystycznymi. Jednak one również dostarczają informacji o rozkładzie materii, która zmienia bieg światła przez nią przechodzącego.

Jasne galaktyki, dobrze widoczne na zdjęciu powyżej, zawierają tylko 5% masy tej gromady, 20% stanowi gorący gaz, a 75% niewidzialna ciemna materia. Gwiazdy i ciemna materia praktycznie nie odczuły skutków zderzenia, natomiast gaz wyraźnie zwolnił. Można go było bez problemu zlokalizować dzięki obserwacjom z zakresie promieniowania gamma. Obserwacje te pozwoliły także wyznaczyć kierunki i prędkości poszczególnych składników gromady przed zderzeniem.

Separacja ciemnej materii nie jest jednak jedynym interesującym zjawiskiem w gromadzie Abell 2744. Wszystko wskazuje na to, że mamy tu do czynienia także z olbrzymią galaktyczną procą. W pobliżu rdzenia gromady znajduje się “pocisk”. Jest to region, w którym zderzyły się obłoki gazu z dwóch różnych gromad galaktyk wytwarzając centralną falę uderzeniową. Naukowcy wierzą, że w trakcie kolizji gaz mógł zostać wyrzucony w zewnętrzne obszary gromady. Obszar ten dodatkowo wyróżnia się posiadaniem regionu, który zawiera olbrzymie ilości ciemnej materii, ale nie posiada świecących galaktyk, ani gorącego gazu. Połączenie tych wszystkich danych w całość da nam dostęp do ważnych informacji na temat zachowania ciemnej materii oraz wzajemnego oddziaływania różnych składników naszego Wszechświata.

Zespół badający gromadę galaktyk Abel 2744 zaproponował na podstawie odległości dzielących obłoki gorącego gazu i ciemnej materii oraz prędkości samego gazu scenariusz kolizji czterech galaktyk. Według nich doszło do zderzeń w dwóch kierunkach: NE-SW i NW-SE. Niebieski kolor oddaje rozkład materii niebarionowej a czerwony obłoków gazu.

Jesteśmy świadkami jednego z największych projektów w historii Wszechświata. Cztery gromady, każda o masie setek trylionów Słońc, zderzają się przez setki milionów lat. Nasze obserwacje i analizy pomogą nam zrozumieć jak formują się super masywne struktury oraz być może, czym jest nieuchwytna ciemna materia.

Autor

Remigiusz Lewandowski