Plin između galaksija ostavlja vrlo slab trag u svjetlosti koja svemirom putuje još od njegova ranog razdoblja. Astronomi su taj trag izdvojili u zajedničkoj analizi 25 skupova galaksija i pronašli obrazac koji upućuje na veliko, usklađeno gibanje plina, uključujući rotaciju i tokove povezane sa spajanjima.
Rezultat se oslanja na kozmičku mikrovalnu pozadinu, najstariju svjetlost koju možemo izravno opažati. Dok njezini fotoni prolaze kroz vrući plin u skupovima galaksija, sudari sa slobodnim elektronima malo mijenjaju izmjereno zračenje. U tim sitnim promjenama ostaje podatak i o tome kreće li se plin prema nama ili od nas.
Samuel Goldstein i J. Colin Hill sa Sveučilišta Columbia povezali su mikrovalne karte satelita Planck s podacima pregleda neba SDSS. Njihov rad u časopisu Physical Review Letters donosi statistički dokaz za zajednički obrazac gibanja u odabranom uzorku, a ne pojedinačnu kartu rotacije svakog skupa.
Plin koji se ne vidi na običnoj fotografiji
Skupovi galaksija goleme su gravitacijski povezane strukture. Osim samih galaksija i tamne tvari, sadržavaju vrlo razrijeđen, vruć plin koji ispunjava prostor između galaksija. Njegovo gibanje važno je za razumijevanje rasta i međudjelovanja cijelog skupa.
Vidljiva svjetlost pokazuje zvijezde u galaksijama, ali sama po sebi ne daje potpunu sliku te plinovite komponente. Mjerenja mikrovalne pozadine nude drugi pristup. Elektroni koji se skupno gibaju mijenjaju temperaturu pozadinskog zračenja koju opažamo. To je kinematički Sunjajev-Zeldovičev učinak, skraćeno kSZ. Istraživanja poput pregleda skupova teleskopom na Južnom polu koriste i srodan učinak toplinskog gibanja elektrona za pronalaženje vrućeg plina. Ovdje je cilj izdvojiti njegov organizirani tok.
Ako se plin s jedne strane skupa približava, a s druge udaljava, očekuje se slab obrazac dviju suprotnih strana: jedne prividno toplije i druge hladnije. Te razlike ne znače nužno da su same dvije polovice plina različito zagrijane. U ovom se mjerenju traži učinak njegova gibanja na pozadinske fotone.
Takva opažanja nadopunjuju istraživanja razrijeđene obične tvari oko galaksija. No otkrivanje gdje se plin nalazi i mjerenje kako se kreće različiti su zadaci, s različitim zahtjevima za podatke.
Kako su iz slabih signala dobili zajednički obrazac
Za konačnu analizu istraživači su odabrali 25 obližnjih masivnih skupova. Podatke o brzinama galaksija članica iskoristili su za određivanje smjera očekivanog gibanja. Zatim su izrezane dijelove mikrovalne karte oko skupova zakrenuli tako da ti smjerovi budu poravnati.
Kada se takva opažanja objedine, signal koji je povezan s odabranim smjerom može se pojačati u odnosu na slučajne promjene pozadine. Autori su koristili i polarizaciju mikrovalnog zračenja kako bi smanjili doprinos izvornih temperaturnih nepravilnosti, koje otežavaju mjerenje mnogo slabijeg učinka plina.
U poravnatom prosjeku pronašli su dipolni obrazac, s dvjema suprotno predznačenim stranama, statističke značajnosti 3,6 sigma. Ta brojka opisuje koliko se rezultat izdvaja od očekivanih slučajnih odstupanja u njihovoj analizi. Nije mjera brzine plina niti dokaz da se svaki od 25 skupova okreće na jednak način.
Rotacija nije jedini mogući izvor gibanja
Skupovi galaksija rastu i spajanjima. Pri tome plin ne mora kružiti u urednim putanjama poput zvijezda u pojednostavljenom modelu galaksije. Veliki tokovi nastali susretom dvaju sustava također mogu proizvesti očekivanu razliku između suprotnih strana.
Autori rezultat zato povezuju sa širim skupom uređenih gibanja plina, koji obuhvaća rotaciju i spajanja. Opaženi obrazac ne daje jedinstvenu brzinu rotacije niti sam razdvaja doprinos svakog od tih procesa.
Sljedeća provjera tražit će detaljnije mikrovalne karte i usporedbu s modelima razvoja skupova. One bi trebale pokazati koliko zajedničkog signala dolazi od kruženja plina, a koliko od velikih tokova nakon sudara.
