Dark Energy Camera bada Gromadę Warkocza Bereniki, bogatą gromadę galaktyk nazwaną na cześć włosów starożytnej królowej i będącą inspiracją dla teorii ciemnej materii.
Dark Energy Camera (DECam) rejestruje obraz olśniewającej Gromady Warkocza Bereniki nazwanej na cześć włosów egipskiej królowej Bereniki II. Ten zbiór galaktyk był nie tylko ważny w mitologii greckiej, ale także miał fundamentalne znaczenie dla odkrycia istnienia ciemnej materii. Teoria ta pojawiła się w 1937 roku, gdy szwajcarski astronom Fritz Zwicky zauważył, że galaktyki Gromady Coma zachowywały się tak, jakby znajdowały się pod wpływem ogromnych ilości nieobserwowalnej „ciemnej” materii.
Ten gęsto zaludniony obraz przedstawia ogromne skupisko nie pojedynczych gwiazd, ale całych galaktyk, znane jako Gromada Coma. Nazwa gromady Warkocz Bereniki pochodzi od konstelacji, w której się ona znajduje, Warkocza Bereniki. Jest to jedyny z 88 gwiazdozbiorów Międzynarodowej Unii Astronomicznej, który został nazwany na cześć postaci historycznej. Jej imienniczką jest egipska królowa Berenika II, a dokładniej jej włosy, gdyż „coma” oznacza po łacinie „włosy na głowie”.
Berenika, słynna ze swojego piękna, obcięła swoje długie włosy i złożyła je w ofierze bogom, gdy jej mąż powrócił bezpiecznie z wojny. Włosy zostały umieszczone w świątyni, ale wkrótce potem zniknęły. Nadworny astronom, Conon z Samos, twierdził, że rozpoznał utracone loki Bereniki w niezwykłym miejscu – na nocnym niebie. Według niego, bogini Afrodyta przemieniła włosy królowej w konstelację, aby uczcić jej poświęcenie. To wydarzenie miało miejsce około 245 roku p.n.e., co oznacza, że włosy Bereniki cieszyły się niebiańskim uznaniem przez niezwykle długi czas.
Dane wykorzystane do stworzenia tego szczegółowego obrazu zostały zebrane przez Dark Energy Camera (DECam), która jest zamontowana na 4-metrowym teleskopie U.S. National Science Foundation Víctor M. Blanco w Cerro Tololo Inter-American Observatory, programie NSF NOIRLab. Kamera o rozdzielczości 570 megapikseli została zbudowana w celu przeprowadzenia przeglądu Dark Energy Survey (DES) – niesamowitej serii obserwacji trwającej 758 nocy w latach 2013-2019. DES został przeprowadzony z zamiarem lepszego zrozumienia natury ciemnej energii – nieznanego bytu, który powoduje przyspieszenie ekspansji naszego Wszechświata.
Gromada Warkocza Bereniki jest ściśle związana z równie tajemniczym odpowiednikiem ciemnej energii: ciemną materią. Prawie sto lat temu, w 1937 roku, szwajcarski astronom Fritz Zwicky zaobserwował kilka galaktyk w Gromadzie Coma. Obliczył on przybliżoną masę gromady na podstawie jej świecących – innymi słowy, obserwowalnych – struktur. Napotkał jednak coś dziwnego: gromada wydawała się nie mieć masy. W rzeczywistości galaktyki w gromadzie zachowywały się tak, jakby gromada zawierała 400 razy więcej masy niż sugerowały jego szacunki.
Zwicky doszedł do tego wniosku obserwując, jak szybko poruszały się galaktyki w gromadzie. Aby wyjaśnić to dalej, warto krótko powrócić do kluczowego punktu dotyczącego natury grawitacji. Grawitacja jest jednym z czterech znanych fundamentalnych oddziaływań, które istnieją pomiędzy wszystkimi jednostkami posiadającymi energię lub masę. Im większa masa obiektu, tym silniejsze będzie jego przyciąganie grawitacyjne. Dlatego mniej masywny obiekt, który znajduje się w pewnej odległości od bardziej masywnego obiektu, będzie w niekontrolowany sposób przyciągany w jego kierunku.
Istnieje jednak dodatkowy czynnik, który należy wziąć pod uwagę: prędkość. Jeżeli obiekt porusza się wystarczająco szybko, może uciec przed przyciąganiem grawitacyjnym innych obiektów. To właśnie ta zasada pozwoliła Zwicky’emu wywnioskować, że w Gromadzie Coma „brakuje” materii. Stwierdził, że galaktyki poruszały się tak szybko, że powinny uciekać z gromady, gdyby była ona utrzymywana razem tylko przez obserwowalną masę. Doprowadziło go to do postulatu, że gromada musi być utrzymywana razem przez ogromne ilości nieobserwowalnej „ciemnej” materii, choć sugestia ta wydawała się daleko idąca dla większości społeczności astronomicznej.
Dopiero w latach 80. większość astronomów przekonała się o istnieniu ciemnej materii. Konsensus zmienił się, gdy pojawiło się kilka badań, które wykazały tę samą dziwną niespójność masy, którą zaobserwował Zwicky, ale w skali pojedynczych galaktyk, a nie całych gromad galaktyk. Jedno z takich badań zostało przeprowadzone w 1970 roku przez amerykańskich astronomów Kenta Forda i Verę C. Rubin, którzy znaleźli dowody na istnienie niewidzialnej materii w Galaktyce Andromedy. W 1979 roku astronomowie Sandra Faber i John Gallagher przeprowadzili szczegółową analizę stosunku masy do światła dla ponad 50 galaktyk spiralnych i eliptycznych, co doprowadziło ich do wniosku, że dowody na istnienie niewidzialnej masy we Wszechświecie są bardzo silne i stają się coraz silniejsze.
Istnienie ciemnej materii i ciemnej energii jest obecnie powszechnie akceptowane, a zrozumienie ich nieuchwytnej natury jest głównym celem współczesnej astrofizyki. Głębsze zrozumienie może pojawić się na horyzoncie dzięki zbliżającemu się 10-letniemu przeglądowi Legacy Survey of Space and Time, które zostanie przeprowadzone przez NSF-DOE Vera C. Rubin Observatory, nazwane na cześć inspirującej astronom, która pomogła pokazać światu, że Wszechświat jest o wiele bardziej złożony, niż widać na pierwszy rzut oka.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
NOIRLab
