Kuvaluotto: ESO
Ryhmä eurooppalaisia ja chileläisiä tähtitieteilijöitä on löytänyt useita suuria galakseja rypäleitä 8 miljardin valovuoden etäisyydellä, minkä pitäisi antaa tietoa maailmankaikkeuden rakenteesta ja evoluutiosta. Galaktiklusterit löydettiin yhdistämällä kuvia ESA: n XMM-Newton-avaruuskaukoputkesta ja ESO: n erittäin suuresta kaukoputkesta. Galaktiklusterit eivät ole jakautuneet tasaisesti, mutta ne näyttävät olevan kiertyneinä maailmankaikkeuden kautta kuin verkko, ja toistaiseksi näyttää siltä, että näiden klustereiden muoto ei ole muuttunut, koska maailmankaikkeus oli hyvin nuori ..
ESA XMM-Newton -satelliitin avulla eurooppalaisten ja chileläisten tähtitieteilijöiden ryhmä [2] on saanut maailman syvin "laajakentän" röntgenkuvan kosmosta. Tämä tunkeutuva näkymä, jota täydennetään joidenkin suurimpien ja tehokkaimpien maapohjaisten optisten teleskooppien, mukaan lukien ESO: n erittäin suuri teleskooppi (VLT), havainnoilla, on johtanut useiden suurten galaksiryhmien löytämiseen.
Nämä kunnianhimoisen tutkimusohjelman varhaiset tulokset ovat erittäin lupaavia ja tasoittavat tietä erittäin kattavalle ja perusteelliselle galaksiklusterien lukemiselle eri aikakausina. Luottaen ensisijaiseen tähtitieteelliseen tekniikkaan ja vertaansa vailla olevaan havainnointitehokkuuteen, tämä projekti on tarkoitettu tarjoamaan uusia näkemyksiä kaukaisen maailmankaikkeuden rakenteesta ja evoluutiosta.
Yleisverkko
Toisin kuin rannalla olevat hiekanjyvät, aine ei ole jakautunut tasaisesti kaikkialle maailmankaikkeuteen. Sen sijaan se keskittyy galakseihin, jotka itse kokoontuvat klustereiksi (ja jopa klusteriklusteiksi). Nämä klusterit on “koottu” koko maailmankaikkeuteen verkkomaiseen rakenteeseen, vrt. ESO PR 11/01.
Esimerkiksi meidän galaksiamme, Linnunrata, kuuluu ns. Paikallisryhmään, johon kuuluu myös ”Messier 31”, Andromedan galaksi. Paikallinen ryhmä sisältää noin 30 galaksia ja mittaa muutaman miljoonan valovuoden poikki. Muut klusterit ovat paljon suurempia. Coma-klusteri sisältää tuhansia galakseja ja mittaa yli 20 miljoonaa valovuotta. Toinen tunnettu esimerkki on Neitsytyyppi, joka peittää vähintään 10 astetta taivaalla!
Galaksien klusterit ovat maailmankaikkeuden massiivisimpia sidottuja rakenteita. Niiden massat ovat luokkaa tuhat miljoonaa miljoonaa kertaa aurinkojemme massa. Heidän kolmiulotteinen avaruusjakautumisensa ja lukumäärän tiheytensä muuttuvat kosmisen ajan kuluessa ja ne tarjoavat ainutlaatuisella tavalla tietoa tärkeimmistä kosmologisista parametreista.
Noin viidesosa klusterin optisesti näkymättömästä massasta on hajanaisen kuuman kaasun muodossa galaksien välissä. Tämän kaasun lämpötila on luokkaa useita kymmeniä miljoonia asteita ja tiheys luokkaa yksi atomi litrassa. Tällaisissa korkeissa lämpötiloissa se tuottaa voimakkaan röntgensäteilyn.
Tämän galaktienvälisen kaasun, ei vain yksittäisten galaksien, tarkkailu on kuin kaupungin rakennusten näkeminen päivällä, ei vain valaistut ikkunat yöllä. Siksi galaksiklusterit löydetään parhaiten röntgensäteillä.
Tähtitieteilijät ovat suorittaneet rajallisia tutkimuksia läheisen maailmankaikkeuden laaja-alaisesta rakenteesta käyttämällä aiempia röntgensatelliitteja. Heillä ei kuitenkaan toistaiseksi ole ollut välineitä, joiden avulla haku voitaisiin laajentaa kaukaisen maailmankaikkeuden suuriin määriin.
XMM-Newtonin laajakenttähavainnot
Marguerite Pierre (CEA Saclay, Ranska) yhdessä eurooppalaisen / chileläisen tähtitieteilijäryhmän kanssa, joka tunnetaan nimellä XMM-LSS -konsortio [2], käytti ESAn röntgen observatorion XMM-Newtonin suurta näkökenttää ja suurta herkkyyttä etsiä galaksien etäisiä klustereita ja kartoittaa niiden jakauma avaruudessa. He saattoivat nähdä takaisin noin 7 000 miljoonaa vuotta kosmologiseen aikakauteen, jolloin maailmankaikkeus oli noin puolet nykyisestä koostaan ja iästään, kun galaksien klustereita oli tiiviimmin pakattu.
Klusterien jäljittäminen on vaivalloinen, monivaiheinen prosessi, joka vaatii sekä avaruus- että maapallon kaukoputket. Itse asiassa XMM: llä varustettujen röntgenkuvien perusteella oli mahdollista valita useita kymmeniä klusteriehdokasobjekteja, jotka tunnistettiin tehostetun röntgensäteilyalueiksi (vrt. PR Photo 19b / 03).
Mutta ehdokkaiden saaminen ei riitä! Ne on vahvistettava ja tutkittava edelleen maanpäällisillä kaukoputkilla. Yhdessä XMM-Newtonin kanssa Pierre käyttää erittäin laaja-alaista kuvansiirtolaitetta, joka on kiinnitetty 4-metriseen Kanada-Ranska-Havaiji-teleskooppiin Mauna Keassa, Havaijilla, optisen tilannekuvan ottamiseksi samasta avaruusalueesta. Räätälöity tietokoneohjelma sitten yhdistää XMM-Newton -tiedot etsien röntgensäteiden pitoisuuksia, jotka viittaavat suuriin, laajennettuihin rakenteisiin. Nämä ovat klustereita ja edustavat vain noin 10% havaituista röntgenlähteistä. Muut ovat enimmäkseen kaukaisia aktiivisia galakseja.
Takaisin maahan
Kun ohjelma löytää klusterin, se zoomaa sisään kyseiselle alueelle ja muuntaa XMM-Newton -datan röntgenintensiteetin muotokartoksi, joka sitten asetetaan CFHT-optiseen kuvaan (PR Photo 19c / 03). Astronomit käyttävät tätä tarkistaakseen, onko jotain näkyvää laajennetun röntgensäteilyalueen alueella.
Jos jotain nähdään, teos siirtyy sitten yhteen maailman parhaimmista optisista / infrapuna-teleskoopeista, European Southern Observatoryn erittäin suuresta teleskoopista (VLT) Paranalissa (Chile). FORS-monimuotoisten instrumenttien avulla tähtitieteilijät lähentävät kentän yksittäisiä galakseja ottamalla spektrimittaukset, jotka paljastavat niiden kokonaisominaisuudet, erityisesti niiden punasiirteen ja siten etäisyyden.
Rypälegalaksioilla on samanlaiset etäisyydet ja nämä mittaukset tarjoavat viime kädessä keskiarvon laskemalla klusterin etäisyyden ja nopeuden hajonnan klusterissa. FORS-instrumentit ovat tehokkaimpia ja monipuolisimpia tämän tyyppisissä töissä, ottaen keskimäärin 30 galaksin kerrokset kerrallaan.
Ensimmäiset spektroskooppiset havainnot, jotka on tarkoitettu XMM-LSS-galaksi-klustereiden tunnistamiseen ja punasiirtymien mittaamiseen, tapahtuivat kolmen yön aikana syksyllä 2002.
Maaliskuusta 2003 lähtien kirjallisuudessa oli vain viisi tunnettua klusteria niin suuressa punasiirtymässä, jolla oli tarpeeksi spektroskopisesti mitattuja punaisia siirtymiä nopeuden hajonnan arvioimiseksi. Mutta VLT antoi mahdolliseksi saada dispersio kaukaiseen klusteriin vain 2 tunnissa, mikä herätti suuria odotuksia tulevalle työlle.
700 spektriä…
Marguerite Pierre on erittäin tyytyväinen: Sää ja työolot VLT: ssä olivat optimaaliset. Vain kolmessa yössä havaittiin 12 klusterikentää, jotka tuottivat vähintään 700 galaktispektriä. Kokonaisstrategia osoittautui erittäin menestyväksi. VLT: n ja FORS: n korkea havainnointitehokkuus tukee suunnitelmaamme suorittaa seurantatutkimuksia suurelle määrälle etäisiä klustereita suhteellisen vähän havaintoaikaa. Tämä edustaa merkittävintä tehokkuuden kasvua aikaisempiin hakuihin verrattuna.
Tämä tutkimusohjelma on alkanut hyvin, mikä osoittaa selvästi tämän uuden moniteleskooppimenetelmän toteutettavuuden ja erittäin korkean hyötysuhteen. Ja Marguerite Pierre ja hänen kollegansa näkevät jo ensimmäiset houkuttelevat tulokset: se näyttää vahvistavan, että 7 000 miljoonaa vuotta sitten klusterien lukumäärä on vähän erilainen kuin nykyään. Tätä erityistä käyttäytymistä ennustavat maailmankaikkeuden mallit, jotka laajenevat ikuisesti, ajaen galaksiklusterit yhä pidemmälle.
Yhtä tärkeätä on, että tämä XMM-LSS-konsortion kehittämä moniaallonpituinen, moniteleskooppinen lähestymistapa galaksien klustereiden löytämiseksi on myös ratkaiseva seuraava askel hedelmällisessä synergiassa avaruuden ja maanpäällisten observatorioiden välillä, ja on siksi keskeinen rakennuspalikka tuleva Virtual Observatory.
Lisää tietoa
Tämä työ perustuu kahteen artikkeliin, jotka julkaistaan ammattilaisessa tähtitieteen lehdessä Astronomy and Astrophysics (The XMM-LSS -kysely: I. Tieteelliset motivaatiot, suunnittelu ja ensimmäiset tulokset Marguerite Pierre et al., Astro-ph / 0305191 ja The XMM -LSS-tutkimus: II. Ensimmäiset voimakkaan punasiirtymän galaksiklusterit: rentoutuneet ja romahtavat järjestelmät, kirjoittanut Ivan Valtchanov et al., Astro-ph / 0305192).
Tohtori M. Pierre pitää kutsutun keskustelun aiheesta IAU Symposium 216 - Kosmon kartat -tapahtumassa torstaina 17. heinäkuuta 2003 IAU: n yleiskokouksen aikana Sydneyssä, Australiassa.
Huomautuksia
[1]: Tämä koordinoitu ESO / ESA-julkaisu.
[2]: XMM-LSS-konsortiota johtaa Service d’Astrophysique du CEA (Ranska), ja se koostuu instituutteista Isosta-Britanniasta, Irlannista, Tanskasta, Alankomaista, Belgiasta, Ranskasta, Italiasta, Saksasta, Espanjasta ja Chilestä. XMM-LSS-projektin kotisivu löytyy osoitteesta http://vela.astro.ulg.ac.be/themes/spatial/xmm/LSS/index_e.html
[3]: Tähtitiedessä ”punasiirtymä” tarkoittaa fraktiota, jolla objektin spektrin viivat siirtyvät pidemmälle aallonpituudelle. Koska kosmologisen objektin punasiirtymä kasvaa etäisyyden kanssa, etägalaktikon havaittu punasiirtymä antaa myös arvion sen etäisyydestä.
Alkuperäinen lähde: ESO-lehdistötiedote
