Superkluster tersembunyi dapat memecahkan misteri Bima Sakti

Para astronom biasanya menghindari Zona Penghindaran. Ketika salah satu dari mereka tidak melakukan ini, dia menemukan struktur kosmik raksasa yang dapat menjelaskan kecepatan galaksi kita yang terlalu tinggi

Gambar Supercluster of Sails mengintip dari Milky Way Avoidance Zone

Lihatlah langit malam dari tempat yang memiliki pemandangan indah, dan Anda akan melihat potongan tebal Bimasakti yang membentang di seluruh langit. Tetapi bintang-bintang dan debu ini, menggambarkan cakram galaksi kita, tidak disambut oleh para astronom yang mempelajari galaksi-galaksi yang terletak di luar galaksi kita. Itu tampak seperti potongan tebal kaca depan berkabut, kabur yang membuat pengetahuan kita tentang Semesta tidak lengkap. Para astronom menyebutnya Zona Penghindaran .

Renée Kraan-Korteweg telah berusaha sepanjang karirnya untuk menemukan apa yang ada di balik zona ini. Untuk pertama kalinya, ia menemukan tanda-tanda sesuatu yang luar biasa di latar belakang, ketika pada 1980-an ia menemukan petunjuk tentang sekelompok benda potensial yang terlihat di piring foto lama. Selama beberapa dekade berikutnya, petunjuk tentang struktur skala besar terus mengalir.

Tahun ini, Kraan-Korteweg dan rekannya mengumumkan bahwa mereka telah menemukan struktur ruang yang sangat besar: superkluster ribuan galaksi. Kelompok ini memanjang lebih dari 300 juta tahun cahaya, dan menyebar di atas dan di bawah bidang galaksi, seperti raksasa yang bersembunyi di balik lentera. Para astronom menyebut ini Sail Supercluster , karena letaknya kira-kira di lokasi rasi bintang Sail .


Rene Kraan-Korteweg, astronom dari Universitas Cape Town

Mereka yang mendorong Bimasakti

Bimasakti, seperti semua galaksi di luar angkasa, bergerak. Segala sesuatu di Alam Semesta terus bergerak karena perluasan Alam Semesta itu sendiri, tetapi sejak tahun 1970-an, para astronom telah menyadari pergerakan lain, yang disebut kecepatan ganjil . Ini adalah aliran terpisah di mana kami terlibat. Kelompok galaksi lokal - yang meliputi Bima Sakti, Andromeda dan beberapa lusin tetangga kecil - bergerak dengan kecepatan 600 km / detik sehubungan dengan sisa radiasi dari Big Bang.

Selama beberapa dekade terakhir, para astronom telah menghitung segala sesuatu yang dapat menarik dan mendorong kelompok lokal - kluster galaksi terdekat, superclusters, dinding klaster dan kekosongan kosmik yang memiliki efek gravitasi pada kelompok kita yang tidak dapat diabaikan.

Tarik terbesar adalah superkluster Shapley , monster yang beratnya 50 juta miliar matahari, terletak 500 juta tahun cahaya dari Bumi (dan tidak jauh dari superkluster Berlayar di ruang angkasa). Dia bertanggung jawab atas 25-50% dari kecepatan khas grup lokal.


Gambar Bimasakti dari satelit Gaia , menunjukkan awan gelap debu menutupi pandangan galaksi dan Semesta yang terletak di belakangnya

Pergerakan yang tersisa tidak dapat dijelaskan oleh struktur yang sudah ditemukan oleh para astronom. Oleh karena itu, para astronom terus melihat lebih jauh ke Semesta, menghitung lebih jauh benda-benda yang terletak yang berkontribusi pada daya tarik gravitasi umum dari Bima Sakti. Gaya tarik gravitasi menurun dengan meningkatnya jarak, tetapi efek ini agak membingungkan karena peningkatan ukuran struktur ini. “Semakin banyak peta yang tumbuh,” kata Mike Hudson , seorang kosmologis di University of Waterloo di Kanada, “semakin banyak benda yang ditemukan orang di tepi ruang yang terlihat. Kami terus melihat lebih jauh dan semakin jauh, tetapi tepat di luar batas visibilitas adalah gunung yang semakin besar. ” Sejauh ini, para astronom hanya memperhitungkan apa yang bertanggung jawab atas kecepatan 450-500 km / detik dari pergerakan kelompok lokal.

Namun, para astronom masih tidak menyaring Zona Penghindaran dengan perawatan yang sama. Dan penemuan superkluster Parusov menunjukkan bahwa mungkin ada sesuatu yang besar di sana, di luar akses kita.

Pada Februari 2014, Kraan-Korteweg dan Michael Klaver , seorang astronom dari Universitas Western Cape Afrika Selatan, berangkat untuk menandai Sail Supercluster sebagai bagian dari pengamatan yang berlangsung selama enam malam di teleskop Anglo-Australia di Australia. Kraan Korteweg tahu di mana akumulasi gas dan debu terpadat berada di Zona Penghindaran. Dia membidik titik-titik individual di mana mereka memiliki peluang terbaik untuk melihat sesuatu melalui zona ini. Tujuannya adalah untuk menciptakan "tulang punggung," sebagaimana ia menyebutnya, dari sebuah struktur. Claver, yang sudah berpengalaman dengan alat ini, harus membaca jarak ke masing-masing galaksi.

Proyek ini membantu mereka menyimpulkan bahwa superkluster layar sebenarnya ada, dan menempati 20-25% dari langit. Tetapi mereka masih tidak tahu apa yang terjadi di pusatnya. "Kami melihat dinding melintasi Zona Penghindaran, tetapi kami tidak memiliki data di tempat perpotongannya karena debu," kata Kraan-Korteweg. Bagaimana dinding-dinding ini berinteraksi satu sama lain? Sudahkah mereka mulai bergabung? Apakah ada inti yang lebih padat yang disembunyikan oleh cahaya Bimasakti?

Dan, yang paling penting, berapa massa supercluster Sails? Bagaimanapun, massalah yang bertanggung jawab atas gaya tarik gravitasi dan penampilan suatu struktur.

Cara melihat menembus kabut

Meskipun debu dan bintang-bintang di Zona menghalangi cahaya dalam rentang optik dan inframerah, gelombang radio dapat menembus area ini. Dengan pemikiran ini, Kraan-Korteweg mengembangkan rencana untuk menggunakan suar ruang untuk menandai segala sesuatu di luar bagian terpadat Zona Penghindaran.

Rencananya didasarkan pada hidrogen, gas paling sederhana dan paling umum di alam semesta. Atom hidrogen terdiri dari satu proton dan satu elektron. Partikel-partikel ini memiliki sifat kuantum seperti spin, yang dapat dibayangkan sebagai panah kecil yang melekat pada masing-masing partikel [tetapi lebih baik membayangkannya sebagai momentum sudut / kira-kira. diterjemahkan.]. Untuk partikel penyusun hidrogen, putaran ini dapat menunjuk satu arah, atau dalam arah yang berlawanan. Terkadang putaran berubah arah - atom paralel menjadi antiparalel. Ketika ini terjadi, atom memancarkan foton cahaya dengan panjang gelombang tertentu.


Salah satu dari 64 antena yang membentuk teleskop MeerKAT di Afrika Selatan

Probabilitas memancarkan gelombang radio sebesar satu atom itu kecil, tetapi jika Anda mengumpulkan sejumlah besar hidrogen netral, probabilitas total akan meningkat. Untungnya bagi Kraan-Korteweg dan rekan-rekannya, banyak galaksi dari gugusan Sails memiliki cadangan gas yang besar.

Selama pengamatan 2014, dia dan Claver melihat tanda-tanda bahwa bintang-bintang muda ditemukan di banyak galaksi yang mereka temukan. "Dan jika ada bintang-bintang muda, itu berarti mereka baru terbentuk, yang berarti ada gas," kata Kraan-Korteweg, karena gas adalah bahan dari mana bintang-bintang itu dibuat.

Bimasakti juga memiliki hidrogennya sendiri - kabut lain di latar depan yang mengganggu pengamatan. Tetapi perluasan Semesta dapat digunakan untuk menentukan radiasi hidrogen yang terletak di gugusan Layar. Perpanjangan itu menjauhkan galaksi-galaksi yang terletak di luar kelompok lokal dan menggeser gelombang radio menuju bagian merah spektrum. "Garis emisi ini dipisahkan sehingga dapat dihitung secara selektif," kata Thomas Jareth, seorang astronom dari University of Cape Town yang berpartisipasi dalam tim yang menemukan superkluster Sails.

Dan meskipun karya Kraan-Korteweg selama seluruh karirnya telah mendeteksi 5.000 galaksi di superkluster, dia yakin bahwa pengamatan yang cukup sensitif dalam rentang radio hidrogen netral ini dapat tiga kali lipat jumlah ini dan mengungkapkan kepada kita struktur yang terletak di belakang bagian paling padat dari cakram Bima Sakti.

Di sinilah teleskop radio MeerKAT memasuki lokasi. Ini terletak di sebelah kota kecil Carnarvon yang sepi di Afrika Selatan, dan akan segera menjadi teleskop radio paling sensitif di Bumi. Antena ke-64nya yang terakhir dipasang pada bulan Oktober, tetapi sejauh ini beberapa antena perlu dihubungkan dan diperiksa. Setengah dari array 32 piring harus menghasilkan pada akhir 2017, dan itu akan beroperasi penuh pada awal 2018.

Tahun ini, Kraan-Korteweg mencoba mendapatkan waktu untuk pengamatan menggunakan setengah array ini, tetapi jika permintaannya selama 200 jam tidak terpenuhi, ia berharap mendapatkan 50 jam sudah pada array penuh. Dalam kedua kasus tersebut, sensitivitasnya akan sama, sama seperti yang diperlukan agar dia dan rekan-rekannya mendeteksi sinyal radio hidrogen netral dari ribuan galaksi individu yang terletak ratusan tahun cahaya dari kita. Berbekal data ini, mereka akan dapat menandai seluruh struktur cluster.

DAS kosmik

Hélène Courtois, seorang astronom di Universitas Lyon, mengambil pendekatan berbeda untuk menandai superkluster. Dia menyusun peta alam semesta yang dia bandingkan dengan daerah aliran sungai. Di bagian langit tertentu, galaksi bermigrasi ke arah yang sama, seperti hujan di daerah aliran sungai yang mengalir ke satu danau atau sungai. Dia dan rekan-rekannya mencari batasan, di sisi yang berbeda materi tertarik ke arah yang berbeda.


Helen Courtois, astronom dari Universitas Lyon

Beberapa tahun yang lalu, Courtois dan rekannya menggunakan metode ini untuk mencoba mendefinisikan struktur skala besar lokal kami yang disebut Laniakea . Courtois menjelaskan pentingnya mendefinisikan struktur ini dengan fakta bahwa walaupun kita memiliki definisi galaksi dan kluster galaksi, tidak ada definisi yang diterima secara universal tentang struktur berskala besar dari Semesta - seperti superclusters dan dinding.

Masalahnya, khususnya, adalah bahwa untuk penentuan yang ketat secara statistik kita tidak memiliki superclusters yang cukup. Kita hanya dapat membuat daftar yang diketahui oleh kita, tetapi superclusters, seperti struktur prefabrikasi yang terdiri dari ribuan galaksi, menunjukkan jumlah varietas yang tidak terbatas.

Courtois dan rekannya kini mengalihkan perhatian mereka lebih jauh. “Layar sangat menarik,” kata Courtois. "Saya ingin mengukur tangkapan gravitasi, perbatasan, perbatasan Parusov." Dia menggunakan datanya sendiri untuk menentukan arus yang bergerak menuju dan menjauh dari layar, sehingga jumlah massa yang tertarik padanya dapat diperkirakan. Dengan membandingkan garis aliran ini dengan peta Kraan-Korteweg yang menunjukkan lokasi kluster fisik galaksi, mereka dapat memperkirakan kepadatan supercluster Parusov dan ukurannya. "Kedua metode ini sepenuhnya saling melengkapi," tambah Courtois.

Kedua astronom ini sekarang bersama-sama membangun peta layar. Pada akhirnya, mereka berharap dapat menggunakannya untuk menentukan massa layar, yang akan menjadi bagian terakhir dari teka-teki pergerakan kelompok lokal - “ini adalah ketidakcocokan yang telah menghantui kita selama 25 tahun,” kata Kraan-Korteweg. Dan bahkan jika superkluster tidak bertanggung jawab atas gerakan yang tersisa, pengumpulan sinyal dari apa yang ada di belakang Zona Penghindaran akan membantu untuk memahami tempat kita di Alam Semesta.