Кредитний імідж: ESO
Команда європейських та чилійських астрономів виявила кілька великих скупчень галактик на відстані 8 мільярдів світлових років, які повинні дати розуміння структури та еволюції Всесвіту. Скупчення галактик було виявлено поєднанням зображень з космічного телескопа XA-Ньютона ESA та дуже великого телескопа ESO. Кластери Галактики не розповсюджуються рівномірно, але виглядають нанизаними по Всесвіту як мережа, і поки що здається, що форма цих кластерів не змінилася, оскільки Всесвіт була дуже молодою.
Використовуючи супутник ESA XMM-Newton, команда європейських та чилійських астрономів [2] отримала найглибший на сьогоднішній день у світі «широкопольний» рентгенівський знімок космосу. Цей проникливий погляд, доповнений спостереженнями деяких найбільших та найефективніших наземних оптичних телескопів, включаючи дуже великий телескоп ESO (VLT), призвів до виявлення кількох великих скупчень галактик.
Ці ранні результати амбітної дослідницької програми є надзвичайно перспективними та відкривають шлях для всебічного та ретельного перепису скупчень галактик різних епох. Спираючись на передові астрономічні технології та з неперевершеною ефективністю спостереження, цей проект має на меті запропонувати нові уявлення про структуру та еволюцію далекого Всесвіту.
Універсальна павутина
На відміну від зерен піску на пляжі, матерія не рівномірно поширюється по Всесвіту. Натомість він зосереджений у галактиках, які самі збираються в кластери (і навіть кластери кластерів). Ці кластери "нанизані" по всьому Всесвіту у веб-подібній структурі, пор. PR ESO 11/01.
Наша Галактика, Чумацький Шлях, наприклад, належить до так званої Локальної групи, яка також включає "Мессьє 31", Галактику Андромеду. Місцева група містить близько 30 галактик і вимірює кілька мільйонів світлових років поперек. Інші кластери набагато більше. Скупчення Коми містить тисячі галактик і вимірює понад 20 мільйонів світлових років. Ще один відомий приклад - скупчення Діви, що охоплює не менше 10 градусів на небі!
Скупчення галактик - це наймасовіші зв'язані структури у Всесвіті. Вони мають масу порядку тисячу мільйонів мільйонів разів більше маси нашого Сонця. Їх тривимірний розподіл простору і щільність чисел змінюються з космічним часом і унікальним чином забезпечують інформацію про основні космологічні параметри.
Приблизно п'ята частина оптично невидимої маси скупчення знаходиться у вигляді дифузного гарячого газу між галактиками. Цей газ має температуру порядку декількох десятків мільйонів градусів і щільність порядку одного атома на літр. При таких високих температурах він створює потужну рентгенівську емісію.
Спостереження за цим міжгалактичним газом, а не лише окремими галактиками - це як побачити будівлі міста вдень, а не лише освітлені вікна вночі. Ось чому скупчення галактик найкраще виявити за допомогою рентгенівських супутників.
Використовуючи попередні рентгенівські супутники, астрономи проводили обмежені дослідження масштабної структури сусіднього Всесвіту. Однак їм поки що бракувало інструментів, щоб розширити пошук на великі обсяги далекого Всесвіту.
Широкопольові спостереження XMM-Newton
Маргеріт П'єр (CEA Saclay, Франція) з європейською / чилійською командою астрономів, відомою як консорціум XMM-LSS [2], використовувала велике поле зору і високу чутливість рентгенівської обсерваторії ESA XMM-Newton до пошук віддалених скупчень галактик і намітити їх розподіл у просторі. Вони могли побачити приблизно 7000 мільйонів років до космологічної епохи, коли Всесвіт становила приблизно половину свого теперішнього розміру та віку, коли скупчення галактик були більш щільно упаковані.
Відстеження кластерів - кропіткий багатоступеневий процес, який вимагає як космічних, так і наземних телескопів. Дійсно, з рентгенівських знімків з XMM можна було виділити кілька десятків об'єктів-кандидатів, що були кандидатом у кластер, ідентифіковані як області посиленого рентгенівського випромінювання (див. PR Photo 19b / 03).
Але мати кандидатів недостатньо! Вони повинні бути підтверджені та додатково вивчені наземними телескопами. У тандемі з XMM-Newton П'єр використовує дуже широкопольний знімач, приєднаний до 4-метрового телескопа Канада-Франція-Гаваї, на Мауна-Кеа, Гаваї, щоб зробити знімок оптичного зображення того ж простору простору. Індивідуальна комп'ютерна програма потім комбінує дані XMM-Ньютона, шукаючи концентрації рентгенівських променів, які передбачають великі розширені структури. Це кластери і становлять лише близько 10% виявлених рентгенівських джерел. Інші - це переважно далекі активні галактики.
Назад до землі
Коли програма знаходить кластер, вона збільшує масштаб цієї області і перетворює дані XMM-Ньютона в контурну карту інтенсивності рентгенівських променів, яка потім накладається на оптичне зображення CFHT (PR Photo 19c / 03). Астрономи використовують це для того, щоб перевірити, чи щось видно в зоні розширеного випромінювання рентгенівських променів.
Якщо щось видно, то робота переходить на один із провідних світових оптичних / інфрачервоних телескопів, дуже великий телескоп Європейської південної обсерваторії (VLT) в Параналі (Чилі). За допомогою багатомодових інструментів FORS астрономи збільшують окремі галактики в полі, проводячи спектральні вимірювання, які виявляють їхні загальні характеристики, зокрема їх червону зміну та, отже, відстань.
Кластерні галактики мають однакові відстані, і ці вимірювання в кінцевому рахунку забезпечують шляхом усереднення відстань кластера, а також дисперсію швидкості в кластері. Інструменти FORS є одними з найбільш ефективних та універсальних для даного виду робіт, приймаючи середній спектр 30 галактик одночасно.
Перші спектроскопічні спостереження, присвячені ідентифікації та вимірюванню червоного зміщення кластерів галактик XMM-LSS, відбулися протягом трьох ночей восени 2002 року.
Станом на березень 2003 року в літературі було лише 5 відомих кластерів на такому великому червоному зміщенні з достатньою спектроскопічно виміряною червоною зміною, щоб можна було оцінити дисперсію швидкості. Але VLT дозволив отримати дисперсію у віддаленому кластері лише за 2 години, що викликало великі сподівання на подальшу роботу.
700 спектрів…
Маргеріт П'єр надзвичайно задоволена: погода та умови роботи на VLT були оптимальними. Тільки за три ночі спостерігали 12 кластерних полів, що давали не менше 700 спектрів галактик. Загальна стратегія виявилася дуже успішною. Висока ефективність спостереження VLT та FORS підтримує наш план проведення наступних досліджень великої кількості віддалених кластерів із відносно невеликим спостережувальним часом. Це являє собою найбільш суттєве підвищення ефективності порівняно з попередніми пошуками.
Нинішня дослідницька програма розпочалася добре, чітко демонструючи доцільність цього нового підходу в багато телескоп та його дуже високу ефективність. А Марґаріт П'єр та її колеги вже бачать перші сумнівні результати: схоже, це підтверджує, що кількість кластерів 7000 мільйонів років тому мало відрізняється від сьогоднішньої. Цю особливу поведінку прогнозують моделі Всесвіту, які розширюються назавжди, рухаючи скупчення галактик все далі та далі.
Не менш важливий, цей багатохвильовий, багатотелескопний підхід, розроблений консорціумом XMM-LSS для пошуку кластерів галактик, також є вирішальним наступним кроком у родючій синергії між космічними та наземними обсерваторіями, і тому є базовим будівельним блоком майбутня віртуальна обсерваторія.
Більше інформації
Ця робота заснована на двох працях, які будуть опубліковані в журналі професійної астрономії «Астрономія та астрофізика» (дослідження XMM-LSS: I. Наукові мотивації, дизайн та перші результати Marguerite Pierre et al., Astro-ph / 0305191 та The XMM -Світлове опитування: II. Перші високі кластери червоного зміщення галактик: розслаблені та руйнуючі системи Івана Вальтчанова та ін., Astro-ph / 0305192).
Доктор М. П'єр виступить із запрошеною доповіддю на цю тему на Симпозіумі МАЕ 216 - Карти Космосу - цього четверга, 17 липня 2003 року, під час Генеральної Асамблеї МАС 2003 року в Сіднеї, Австралія.
Примітки
[1]: Це узгоджений випуск ESO / ESA.
[2]: Консорціум XMM-LSS очолює Служба d'Astrophysique du CEA (Франція) і складається з інститутів Великобританії, Ірландії, Данії, Нідерландів, Бельгії, Франції, Італії, Німеччини, Іспанії та Чилі. Домашню сторінку проекту XMM-LSS можна знайти на веб-сторінці http://vela.astro.ulg.ac.be/themes/spatial/xmm/LSS/index_e.html
[3]: В астрономії "червоний зсув" позначає частку, за допомогою якої лінії в спектрі об'єкта зміщуються в бік більшої довжини хвилі. Оскільки червоний зсув космологічного об'єкта збільшується з відстанню, спостережуване червоне зміщення віддаленої галактики також дає оцінку його відстані.
Оригінальне джерело: Новини ESO
