Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων [2] κατάφερε να μετρήσει με μεγάλη ακρίβεια τις ταχύτητες ενός μεγάλου αριθμού πλανητικών νεφελωμάτων [3] στον διαγαλαξιακό χώρο εντός του Παρθένου Σύμπλεγμα των γαλαξιών. Γι 'αυτό χρησιμοποίησαν τον εξαιρετικά αποδοτικό φασματογράφο FLAMES [4] στο ESO Very Large Telescope στο Παρατηρητήριο Paranal (Χιλή).
Αυτά τα πλανητικά αστέρια νεφελώματα που αιωρούνται ελεύθερα στον κατά τα άλλα φαινομενικά κενό χώρο μεταξύ των γαλαξιών μεγάλων συστάδων μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως «ανιχνευτές» των βαρυτικών δυνάμεων που δρουν σε αυτά τα σμήνη. Εντοπίζουν τις μάζες, ορατές και αόρατες, σε αυτές τις περιοχές. Αυτό, με τη σειρά του, επιτρέπει στους αστρονόμους να μελετήσουν την ιστορία σχηματισμού αυτών των μεγάλων δεσμευμένων δομών στο σύμπαν.
Οι ακριβείς μετρήσεις ταχύτητας 40 από αυτά τα αστέρια επιβεβαιώνουν την άποψη ότι η Παρθένος είναι ένα πολύ μη ομοιόμορφο σμήνος γαλαξιών, που αποτελείται από πολλές υπομονάδες που δεν είχαν ακόμη χρόνο να φτάσουν στην ισορροπία. Αυτά τα νέα δεδομένα δείχνουν ξεκάθαρα ότι το σύμπλεγμα των γαλαξιών της Παρθένου βρίσκεται ακόμη στη δημιουργία του.
Αποδεικνύουν επίσης για πρώτη φορά ότι ένας από τους φωτεινούς γαλαξίες που εξετάστηκαν στην περιοχή, ο Μεσιέρ 87, έχει ένα πολύ εκτεταμένο φωτοστέφανο αστεριών, φτάνοντας τουλάχιστον στα 65 kpc. Αυτό είναι περισσότερο από το διπλάσιο του μεγέθους του γαλαξία μας, του Γαλαξία μας.
Ένα νεαρό σύμπλεγμα
Σε απόσταση περίπου 50 εκατομμυρίων ετών φωτός, το σύμπλεγμα της Παρθένου είναι το πλησιέστερο γαλαξιακό σύμπλεγμα. Βρίσκεται στον ζωδιακό αστερισμό της Παρθένου (Η Παναγία) και περιέχει πολλές εκατοντάδες γαλαξίες, που κυμαίνονται από γιγάντιους και μαζικούς ελλειπτικούς γαλαξίες και σπείρες όπως ο δικός μας Γαλαξίας, μέχρι νάνους γαλαξίες, εκατοντάδες φορές μικρότεροι από τους μεγάλους αδελφούς τους. Ο Γάλλος αστρονόμος Charles Messier εισήγαγε 16 μέλη του συμπλέγματος της Παρθένου στον διάσημο κατάλογό του με νεφελώματα. Μια εικόνα του πυρήνα του συμπλέγματος που αποκτήθηκε με την κάμερα Wide Field Imager στο ESO La Silla Observatory δημοσιεύθηκε πέρυσι ως PR Photo 04a / 03.
Πιστεύεται ότι οι συστάδες γαλαξιών σχηματίστηκαν για μεγάλο χρονικό διάστημα από τη συγκέντρωση μικρότερων οντοτήτων, μέσω της ισχυρής βαρυτικής έλξης από σκοτεινή και φωτεινή ύλη. Το σύμπλεγμα της Παρθένου θεωρείται ένα σχετικά νέο σύμπλεγμα επειδή προηγούμενες μελέτες έχουν αποκαλύψει μικρά «υποσυστήματα γαλαξιών» γύρω από τους μεγάλους γαλαξίες Messier 87, Messier 86 και Messier 49. Αυτά τα sub-clusters δεν έχουν ακόμη συγχωνευθεί για να σχηματίσουν πυκνότερο και ομαλότερη συστοιχία γαλαξιών.
Πρόσφατες παρατηρήσεις έδειξαν ότι ο λεγόμενος «ενδοκλειστικός» χώρος, η περιοχή μεταξύ των γαλαξιών σε ένα σμήνος, διαπερνάται από έναν αραιό «ενδοκλεισμό πληθυσμού αστεριών», ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μελετήσει λεπτομερώς τη δομή του σμήνους.
Κοσμικοί περιπλανώμενοι
Οι πρώτες ανακαλύψεις ενδοκλειστικών αστεριών στο σύμπλεγμα της Παρθένου έγιναν αυθαίρετα από τον Ιταλό αστρονόμο, Magda Arnaboldi (Παρατηρητήριο Torino, Ιταλία) και τους συναδέλφους της, το 1996. Για να μελετήσουν τα εκτεταμένα φωτοστέφανα των γαλαξιών στο σύμπλεγμα της Παρθένου, με το ESO New Τεχνολογικό τηλεσκόπιο στο La Silla, έψαξαν για αντικείμενα γνωστά ως «πλανητικά νεφελώματα» [3].
Τα πλανητικά νεφελώματα (PNe) μπορούν να ανιχνευθούν σε μεγάλες αποστάσεις από τις ισχυρές γραμμές εκπομπών τους. Αυτές οι στενές γραμμές εκπομπών επιτρέπουν επίσης ένα ακριβές μέτρο των ακτινικών τους ταχυτήτων. Τα πλανητικά νεφελώματα μπορούν έτσι να χρησιμεύσουν για τη διερεύνηση των κινήσεων των αστεριών στις περιοχές φωτοστέφανου των απομακρυσμένων γαλαξιών.
Στη μελέτη τους, οι αστρονόμοι βρήκαν αρκετά πλανητικά νεφελώματα που προφανώς δεν σχετίζονται με γαλαξίες αλλά κινούνται στο πεδίο βαρύτητας ολόκληρου του σμήνους. Αυτοί οι «περιπλανώμενοι» ανήκαν σε έναν πρόσφατα ανακαλυφθέντα ενδοκλιματικό πληθυσμό αστεριών.
Από αυτές τις πρώτες παρατηρήσεις, έχουν ανακαλυφθεί αρκετές εκατοντάδες από αυτούς τους περιπλανώμενους. Πρέπει να αντιπροσωπεύουν την κορυφή του παγόβουνου ενός τεράστιου πληθυσμού αστεριών που συρρέουν μεταξύ των γαλαξιών σε αυτές τις τεράστιες συστάδες. Πράγματι, καθώς τα πλανητικά νεφελώματα είναι το τελικό στάδιο των κοινών αστεριών χαμηλής μάζας - όπως ο Ήλιος μας - είναι αντιπροσωπευτικά του αστρικού πληθυσμού γενικά. Και καθώς τα πλανητικά νεφελώματα είναι μάλλον βραχύβια (μερικές δεκάδες χιλιάδες χρόνια - μια αστραπιαία κλίμακα), οι αστρονόμοι μπορούν να εκτιμήσουν ότι ένα αστέρι σε περίπου 8.000 εκατομμύρια αστέρια ηλιακού τύπου είναι ορατό ως πλανητικό νεφέλωμα ανά πάσα στιγμή. Πρέπει λοιπόν να υπάρχει ένας συγκρίσιμος αριθμός αστεριών μεταξύ των γαλαξιών όπως στους ίδιους τους γαλαξίες. Αλλά επειδή αραιώνονται σε τόσο μεγάλο όγκο, είναι σχεδόν ανιχνεύσιμα.
Επειδή αυτά τα αστέρια είναι κυρίως παλιά, η πιο πιθανή εξήγηση για την παρουσία τους στον ενδοκλειστικό χώρο είναι ότι σχηματίστηκαν μέσα σε μεμονωμένους γαλαξίες, οι οποίοι στη συνέχεια αφαιρέθηκαν από πολλά αστέρια τους κατά τη διάρκεια στενών συναντήσεων με άλλους γαλαξίες κατά τα αρχικά στάδια του σχηματισμού συστάδων. Αυτά τα «χαμένα» αστέρια στη συνέχεια διασκορπίστηκαν σε ενδοκλιματικό χώρο όπου τα βρίσκουμε τώρα.
Έτσι, τα πλανητικά νεφελώματα μπορούν να παρέχουν μια μοναδική λαβή σχετικά με τον αριθμό, τον τύπο των αστεριών και τις κινήσεις σε περιοχές που μπορεί να φιλοξενούν σημαντική ποσότητα μάζας. Οι κινήσεις τους περιέχουν το απολιθωμένο αρχείο της ιστορίας της αλληλεπίδρασης του γαλαξία και του σχηματισμού του γαλαξιακού σμήνους.
Μέτρηση της ταχύτητας των αστεριών που πεθαίνουν
Η διεθνής ομάδα των αστρονόμων [2] προχώρησε περαιτέρω για να κάνει μια λεπτομερή μελέτη των κινήσεων των πλανητικών νεφελωμάτων στο σύμπλεγμα της Παρθένου προκειμένου να προσδιορίσει τη δυναμική του δομή και να τη συγκρίνει με αριθμητικές προσομοιώσεις. Για το σκοπό αυτό, πραγματοποίησαν ένα προκλητικό ερευνητικό πρόγραμμα, το οποίο στοχεύει στην επιβεβαίωση υποψηφίων ενδοκλειστικών πλανητικών νεφελωμάτων που βρήκαν νωρίτερα και στη μέτρηση των ακτινικών ταχυτήτων τους σε τρεις διαφορετικές περιοχές («πεδία έρευνας») στον πυρήνα του συμπλέγματος της Παρθένου.
Αυτό απέχει πολύ από ένα εύκολο έργο. Η εκπομπή στην κύρια γραμμή εκπομπής οξυγόνου από ένα πλανητικό νεφέλωμα στην Παρθένο είναι συγκρίσιμη με εκείνη ενός λαμπτήρα 60 Watt σε απόσταση περίπου 6,6 εκατομμυρίων χιλιομέτρων, περίπου 17 φορές τη μέση απόσταση από τη Σελήνη. Επιπλέον, τα ενδοκλειστικά δείγματα πλανητικών νεφελωμάτων είναι αραιά, με μόνο μερικές δεκάδες πλανητικών νεφελωμάτων σε ένα τέταρτο ενός τετραγωνικού πεδίου ουρανού - περίπου το μέγεθος της Σελήνης. Οι φασματοσκοπικές παρατηρήσεις απαιτούν συνεπώς τηλεσκόπια και φασματογράφους κλάσης 8 μέτρων με μεγάλο οπτικό πεδίο. Οι αστρονόμοι έπρεπε επομένως να βασίζονται στον φασματογράφο FLAMES-GIRAFFE στο VLT [4], με τη σχετικά υψηλή φασματική ανάλυση, το οπτικό πεδίο των 25 τόξων και τη δυνατότητα λήψης έως και 130 φασμάτων κάθε φορά.
Οι αστρονόμοι μελέτησαν συνολικά 107 αστέρια, μεταξύ των οποίων 71 θεωρήθηκαν γνήσιοι ενδοκλιματικοί πλανητικοί υποψήφιοι. Παρατήρησαν μεταξύ 21 και 49 αντικειμένων ταυτόχρονα για περίπου 2 ώρες ανά πεδίο. Τα τρία μέρη του πυρήνα της Παρθένου που εξετάστηκαν περιέχουν αρκετούς φωτεινούς γαλαξίες (Messier 84, 86, 87 και NGC 4388) και μεγάλο αριθμό μικρότερων γαλαξιών. Επιλέχθηκαν για να αντιπροσωπεύουν διαφορετικές οντότητες του συμπλέγματος.
Οι φασματοσκοπικές μετρήσεις θα μπορούσαν να επιβεβαιώσουν την ενδοκλειστική φύση των 40 των πλανητικών νεφελωμάτων που μελετήθηκαν. Παρείχαν επίσης πληθώρα γνώσεων σχετικά με τη δομή αυτού του μέρους του συμπλέγματος της Παρθένου.
Στην παραγωγή
Στο πρώτο πεδίο κοντά στο Messier 87 (M87), οι αστρονόμοι μέτρησαν μια μέση ταχύτητα κοντά στα 1250 km / s και μια μάλλον μικρή διασπορά γύρω από αυτήν την τιμή. Τα περισσότερα αστέρια σε αυτό το πεδίο είναι φυσικά συνδεδεμένα με τον φωτεινό γαλαξία M87, με τον ίδιο τρόπο όπως η Γη είναι προσδεμένη στον Ήλιο. Η Magda Arnaboldi εξηγεί: «Αυτή η μελέτη οδήγησε στην αξιοσημείωτη ανακάλυψη ότι ο Messier 87 έχει ένα αστρικό φωτοστέφανο σε δυναμική ισορροπία περίπου στα 65 kpc ή περισσότερα από 200.000 έτη φωτός. Αυτό είναι περισσότερο από το διπλάσιο του μεγέθους του δικού μας γαλαξία, του Γαλαξία μας, και δεν ήταν γνωστό πριν. "
Η διασπορά ταχύτητας που παρατηρείται στο δεύτερο πεδίο, το οποίο απέχει πολύ από τους φωτεινούς γαλαξίες, είναι μεγαλύτερη από ό, τι στο πρώτο από τον παράγοντα τέσσερα. Αυτή η πολύ μεγάλη διασπορά, που δείχνει τα αστέρια που κινούνται σε πολύ διαφορετικές κατευθύνσεις με διαφορετικές ταχύτητες, μας λέει επίσης ότι αυτό το πεδίο περιέχει πιθανώς πολλά ενδοκλιματικά αστέρια των οποίων οι κινήσεις επηρεάζονται μόλις από μεγάλους γαλαξίες. Τα νέα δεδομένα υποδηλώνουν ως μια δελεαστική πιθανότητα ότι αυτός ο ενδοκλιματικός πληθυσμός των αστεριών θα μπορούσε να είναι το υπόλοιπο από τη διακοπή των μικρών γαλαξιών καθώς περιστρέφονται γύρω από το M87.
Η κατανομή ταχύτητας στο τρίτο πεδίο, όπως προκύπτει από τα φάσματα FLAMES, είναι και πάλι διαφορετική. Οι ταχύτητες δείχνουν τις δομές που σχετίζονται με τους μεγάλους γαλαξίες Messier 86, Messier 84 και NGC 4388. Πιθανότατα, η μεγάλη πλειοψηφία όλων αυτών των πλανητικών νεφελωμάτων ανήκουν σε ένα πολύ εκτεταμένο φωτοστέφανο γύρω από το Messier 84.
Ο Ortwin Gerhard (Πανεπιστήμιο της Βασιλείας, Ελβετία), μέλος της ομάδας, είναι ενθουσιασμένος: «Συνολικά, αυτές οι μετρήσεις ταχύτητας επιβεβαιώνουν την άποψη ότι το Σύμπλεγμα Παρθένου είναι ένα εξαιρετικά μη ομοιόμορφο και απαλλαγμένο γαλαξιακό σύμπλεγμα, που αποτελείται από πολλές υπομονάδες. Με το φασματογράφο FLAMES, καταφέραμε να παρακολουθήσουμε τις κινήσεις στο σύμπλεγμα της Παρθένου, σε μια στιγμή που οι υπομονάδες του ενώνονται ακόμα. Και είναι σίγουρα μια θέα που αξίζει να δείτε! "
Περισσότερες πληροφορίες
Τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται σε αυτό το Δελτίο Τύπου του ESO βασίζονται σε ένα ερευνητικό έγγραφο ("The Line-of-Sight Velocity Distribution of Intracluster Planetary Nebulae in the Virgo Cluster Core" από τους M. Arnaboldi et al.) Που μόλις εμφανίστηκε στο ερευνητικό περιοδικό Astrophysical Journal Letters τόμος. 614, σελ. 33.
Σημειώσεις
[1]: Το Δελτίο Τύπου του Πανεπιστημίου της Βασιλείας για αυτό το θέμα είναι διαθέσιμο στη διεύθυνση http://www.zuv.unibas.ch/uni_media/2004/20041022virgo.html.
[2]: Τα μέλη της ομάδας είναι η Magda Arnaboldi (INAF, Osservatorio di Pino Torinese, Italy), Ortwin Gerhard (Astronomisches Institut, Universit? T Basel, Switzerland), Alfonso Aguerri (Instituto de Astrofisica de Canarias, Ισπανία), Kenneth C. Freeman (Mount Stromlo Observatory, ACT, Australia), Nicola Napolitano (Kapteyn Astronomical Institute, The Netherlands), Sadanori Okamura (Τμήμα Αστρονομίας, Πανεπιστήμιο του Τόκιο, Ιαπωνία) και Naoki Yasuda (Ινστιτούτο Έρευνας Κοσμικών Ακτίνων, Πανεπιστήμιο) του Τόκιο, Ιαπωνία).
[3]: Τα πλανητικά νεφελώματα είναι αστέρια που μοιάζουν με τον Ήλιο στην τελική τους φάση θανάτου κατά την οποία εκτοξεύουν τα εξωτερικά τους στρώματα στον περιβάλλοντα χώρο. Ταυτόχρονα, αποκαλύπτουν τον μικρό και ζεστό αστρικό πυρήνα τους που εμφανίζεται ως «αστέρι λευκού νάνου». Ο εξαγόμενος φάκελος φωτίζεται και θερμαίνεται από τον αστρικό πυρήνα και εκπέμπει έντονα σε χαρακτηριστικές γραμμές εκπομπών πολλών στοιχείων, ιδίως οξυγόνου (σε μήκη κύματος 495,9 και 500,7 nm). Το όνομά τους προέρχεται από το γεγονός ότι μερικά από αυτά τα κοντινά αντικείμενα, όπως το "Dumbbell Nebula" (βλ. ESO PR Photo 38a / 98) μοιάζουν με τους δίσκους των γιγαντιαίων πλανητών στο ηλιακό σύστημα όταν προβάλλονται με μικρά τηλεσκόπια.
[4]: Το FLAMES, ο φασματογράφος πολλαπλών στοιχείων Fiber Large Array, είναι εγκατεστημένο στο τηλεσκόπιο μονάδας VLT KUEYEN 8,2 m. Είναι σε θέση να παρατηρήσει τα φάσματα μεγάλου αριθμού μεμονωμένων, εξασθενημένων αντικειμένων (ή περιοχών μικρού ουρανού) ταυτόχρονα και καλύπτει ένα πεδίο ουρανού με διάμετρο τουλάχιστον 25 τόξων, δηλαδή σχεδόν τόσο μεγάλο όσο η πανσέληνος. Είναι το αποτέλεσμα μιας συνεργασίας μεταξύ του ESO, του Observatoire de Paris-Meudon, του Observatoire de Gen? Ve-Lausanne και του Anglo Australian Observatory (AAO).
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESO
