Πιστωτική εικόνα: ESO
Μια ομάδα αστρονόμων της Ευρώπης και της Χιλής ανακάλυψαν αρκετά μεγάλα σμήνη γαλαξιών σε απόσταση 8 δισεκατομμυρίων ετών φωτός που θα έδινε πληροφορίες για τη δομή και την εξέλιξη του Σύμπαντος. Τα γαλαξιακά σμήνη ανακαλύφθηκαν συνδυάζοντας εικόνες από το διαστημικό τηλεσκόπιο XMM-Newton του ESA και το πολύ μεγάλο τηλεσκόπιο του ESO. Τα σμήνη των γαλαξιών δεν εξαπλώνονται ομοιόμορφα, αλλά εμφανίζονται κολλημένα στο Σύμπαν σαν έναν ιστό και μέχρι στιγμής φαίνεται ότι το σχήμα αυτών των συστάδων δεν έχει αλλάξει από τότε που το Σύμπαν ήταν πολύ νέο.
Χρησιμοποιώντας τον δορυφόρο ESA XMM-Newton, μια ομάδα Ευρωπαίων και Χιλιανών αστρονόμων [2] έχει αποκτήσει τη βαθύτερη εικόνα ακτίνων Χ του κόσμου μέχρι σήμερα. Αυτή η διεισδυτική όψη, όταν συμπληρώθηκε με παρατηρήσεις από μερικά από τα μεγαλύτερα και πιο αποτελεσματικά επίγεια οπτικά τηλεσκόπια, συμπεριλαμβανομένου του ESO Very Large Telescope (VLT), είχε ως αποτέλεσμα την ανακάλυψη αρκετών μεγάλων ομάδων γαλαξιών.
Αυτά τα πρώιμα αποτελέσματα από ένα φιλόδοξο ερευνητικό πρόγραμμα είναι εξαιρετικά ελπιδοφόρα και ανοίγουν το δρόμο για μια πολύ περιεκτική και ενδελεχή απογραφή συστάδων γαλαξιών σε διάφορες εποχές. Στηριζόμενη στην κορυφαία αστρονομική τεχνολογία και με απαράμιλλη απόδοση παρατήρησης, αυτό το έργο έχει ως στόχο να παρέχει νέες γνώσεις για τη δομή και την εξέλιξη του μακρινού Σύμπαντος.
Ο παγκόσμιος ιστός
Σε αντίθεση με τους κόκκους άμμου σε μια παραλία, η ύλη δεν διαδίδεται ομοιόμορφα σε όλο το Σύμπαν. Αντ 'αυτού, συγκεντρώνεται σε γαλαξίες που οι ίδιοι συγκεντρώνονται σε συστάδες (και ακόμη και σε συστάδες συστάδων). Αυτά τα σμήνη «δένονται» σε όλο το Σύμπαν σε μια δομή που μοιάζει με τον ιστό, βλ. ESO PR 11/01.
Ο Γαλαξίας μας, ο Γαλαξίας, για παράδειγμα, ανήκει στο λεγόμενο Τοπικό Όμιλο το οποίο περιλαμβάνει επίσης το «Messier 31», τον Γαλαξία Andromeda. Η Τοπική Ομάδα περιέχει περίπου 30 γαλαξίες και μετρά μερικά εκατομμύρια έτη φωτός. Άλλες συστάδες είναι πολύ μεγαλύτερες. Το σύμπλεγμα Coma περιέχει χιλιάδες γαλαξίες και μετρά πάνω από 20 εκατομμύρια έτη φωτός. Ένα άλλο γνωστό παράδειγμα είναι το σύμπλεγμα της Παρθένου, που καλύπτει τουλάχιστον 10 μοίρες στον ουρανό!
Οι συστάδες των γαλαξιών είναι οι πιο μαζικές δεσμευμένες δομές στο Σύμπαν. Έχουν μάζες της τάξης του χίλια εκατομμύρια εκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου μας. Η τρισδιάστατη κατανομή χώρου και η πυκνότητα των αριθμών αλλάζουν με τον κοσμικό χρόνο και παρέχουν πληροφορίες για τις κύριες κοσμολογικές παραμέτρους με μοναδικό τρόπο.
Περίπου το ένα πέμπτο της οπτικά αόρατης μάζας ενός σμήνους έχει τη μορφή ενός διάχυτου θερμού αερίου μεταξύ των γαλαξιών. Αυτό το αέριο έχει θερμοκρασία της τάξης αρκετών δεκάδων εκατομμυρίων βαθμών και πυκνότητας της τάξης ενός ατόμου ανά λίτρο. Σε τόσο υψηλές θερμοκρασίες, παράγει ισχυρή εκπομπή ακτίνων Χ.
Η παρατήρηση αυτού του διαγαλαξιακού αερίου και όχι μόνο των μεμονωμένων γαλαξιών είναι σαν να βλέπει κανείς τα κτίρια μιας πόλης κατά τη διάρκεια της ημέρας, όχι μόνο τα φωτισμένα παράθυρα τη νύχτα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι ομάδες γαλαξιών ανακαλύπτονται καλύτερα χρησιμοποιώντας δορυφόρους ακτίνων Χ.
Χρησιμοποιώντας προηγούμενους δορυφόρους ακτίνων Χ, οι αστρονόμοι έχουν πραγματοποιήσει περιορισμένες μελέτες της μεγάλης κλίμακας δομής του κοντινού Σύμπαντος. Ωστόσο, μέχρι στιγμής δεν είχαν τα μέσα για να επεκτείνουν την αναζήτηση σε μεγάλους όγκους του μακρινού Σύμπαντος.
Οι παρατηρήσεις ευρέος πεδίου XMM-Newton
Η Marguerite Pierre (CEA Saclay, Γαλλία), με μια ομάδα αστρονόμων της Ευρώπης / Χιλής γνωστή ως κοινοπραξία XMM-LSS [2], χρησιμοποίησε το μεγάλο οπτικό πεδίο και την υψηλή ευαισθησία του παρατηρητηρίου ακτίνων Χ της ESA XMM-Newton αναζητήστε απομακρυσμένες ομάδες γαλαξιών και χαρτογραφήστε τη διανομή τους στο διάστημα. Θα μπορούσαν να δουν πίσω περίπου 7.000 εκατομμύρια χρόνια σε μια κοσμολογική εποχή, όταν το Σύμπαν ήταν περίπου το μισό του παρόντος μεγέθους και της ηλικίας του, όταν τα σμήνη των γαλαξιών ήταν πιο σφιχτά.
Η ανίχνευση των συστάδων είναι μια επίπονη διαδικασία πολλαπλών βημάτων, που απαιτεί τόσο διαστημικά όσο και επίγεια τηλεσκόπια. Πράγματι, από τις εικόνες ακτίνων Χ με XMM, ήταν δυνατή η επιλογή αρκετών δεκάδων υποψήφιων αντικειμένων συμπλέγματος, που προσδιορίζονται ως περιοχές ενισχυμένης ακτινοβολίας Χ (βλ. PR Photo 19b / 03).
Δεν αρκεί όμως η υποψηφιότητα! Πρέπει να επιβεβαιωθούν και να μελετηθούν περαιτέρω με επίγεια τηλεσκόπια. Σε συνδυασμό με το XMM-Newton, ο Pierre χρησιμοποιεί την εικόνα ευρέως πεδίου που είναι συνδεδεμένη στο Τηλεσκόπιο 4-m Canada-France-Hawaii, στο Mauna Kea της Χαβάης, για να τραβήξει ένα οπτικό στιγμιότυπο της ίδιας περιοχής του διαστήματος. Ένα προσαρμοσμένο πρόγραμμα υπολογιστή στη συνέχεια συνδυάζει τα δεδομένα XMM-Newton αναζητώντας συγκεντρώσεις ακτίνων Χ που υποδηλώνουν μεγάλες, εκτεταμένες δομές. Αυτές είναι οι συστάδες και αντιπροσωπεύουν μόνο περίπου το 10% των εντοπισμένων πηγών ακτίνων Χ. Οι άλλοι είναι ως επί το πλείστον απομακρυσμένοι ενεργοί γαλαξίες.
Επιστροφή στο έδαφος
Όταν το πρόγραμμα εντοπίσει ένα σύμπλεγμα, μεγεθύνει σε αυτήν την περιοχή και μετατρέπει τα δεδομένα XMM-Newton σε χάρτη περιγράμματος έντασης ακτίνων Χ, ο οποίος στη συνέχεια τοποθετείται πάνω στην οπτική εικόνα CFHT (PR Photo 19c / 03). Οι αστρονόμοι το χρησιμοποιούν για να ελέγξουν αν υπάρχει ορατό στην περιοχή των εκτεταμένων εκπομπών ακτίνων Χ.
Εάν παρατηρηθεί κάτι, το έργο μετατοπίζεται στη συνέχεια σε ένα από τα κορυφαία οπτικά / υπέρυθρα τηλεσκόπια στον κόσμο, το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο (VLT) του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου στο Paranal (Χιλή). Μέσω των οργάνων πολλαπλών τρόπων FORS, οι αστρονόμοι κάνουν ζουμ στους μεμονωμένους γαλαξίες στο πεδίο, λαμβάνοντας φασματικές μετρήσεις που αποκαλύπτουν τα συνολικά χαρακτηριστικά τους, ιδίως την ερυθρή μετατόπιση και, ως εκ τούτου, την απόσταση.
Οι γαλαξίες συμπλέγματος έχουν παρόμοιες αποστάσεις και αυτές οι μετρήσεις τελικά παρέχουν, κατά μέσο όρο, την απόσταση του συμπλέγματος καθώς και τη διασπορά ταχύτητας στο σύμπλεγμα. Τα όργανα FORS είναι από τα πιο αποτελεσματικά και ευέλικτα για αυτόν τον τύπο εργασίας, λαμβάνοντας τα μέσα φάσματα των 30 γαλαξιών κάθε φορά.
Οι πρώτες φασματοσκοπικές παρατηρήσεις αφιερωμένες στην ταυτοποίηση και τη μέτρηση ερυθράς μετατόπισης των συστάδων γαλαξιών XMM-LSS πραγματοποιήθηκαν σε τρεις νύχτες το φθινόπωρο του 2002.
Από τον Μάρτιο του 2003, υπήρχαν μόνο 5 γνωστά σμήνη στη βιβλιογραφία σε τόσο μεγάλη ερυθρή μετατόπιση με αρκετές φασματοσκοπικά μετρημένες ερυθρές μετατοπίσεις για να επιτρέψουν μια εκτίμηση της διασποράς ταχύτητας. Ωστόσο, το VLT επέτρεψε τη λήψη της διασποράς σε ένα μακρινό σύμπλεγμα σε 2 ώρες μόνο, αυξάνοντας μεγάλες προσδοκίες για μελλοντική εργασία.
700 φάσματα…
Το Marguerite Pierre είναι εξαιρετικά ικανοποιημένο: Ο καιρός και οι συνθήκες εργασίας στο VLT ήταν βέλτιστες. Μόνο σε τρεις νύχτες, 12 πεδία συμπλέγματος παρατηρήθηκαν, αποδίδοντας τουλάχιστον 700 φάσματα γαλαξιών. Η συνολική στρατηγική αποδείχθηκε πολύ επιτυχημένη. Η υψηλή απόδοση παρατήρησης των VLT και FORS υποστηρίζει το σχέδιό μας για τη διενέργεια μελετών παρακολούθησης μεγάλου αριθμού απομακρυσμένων συστάδων με σχετικά μικρό χρόνο παρατήρησης. Αυτό αντιπροσωπεύει μια πιο σημαντική αύξηση της αποτελεσματικότητας σε σύγκριση με προηγούμενες αναζητήσεις.
Το παρόν ερευνητικό πρόγραμμα έχει ξεκινήσει καλά, καταδεικνύοντας σαφώς τη σκοπιμότητα αυτής της νέας προσέγγισης πολλαπλών τηλεσκόπιο και πολύ υψηλή απόδοση του. Και η Marguerite Pierre και οι συνεργάτες της βλέπουν ήδη τα πρώτα δελεαστικά αποτελέσματα: φαίνεται να επιβεβαιώνει ότι ο αριθμός των συστάδων πριν από 7.000 εκατομμύρια χρόνια είναι λίγο διαφορετικός από τον σημερινό. Αυτή η συγκεκριμένη συμπεριφορά προβλέπεται από μοντέλα του Σύμπαντος που επεκτείνονται για πάντα, οδηγώντας τους γαλαξιακούς σχηματισμούς όλο και πιο μακριά.
Εξίσου σημαντική, αυτή η προσέγγιση πολλαπλού μήκους κύματος, πολλαπλών τηλεσκοπίων που αναπτύχθηκε από την κοινοπραξία XMM-LSS για τον εντοπισμό συστάδων γαλαξιών αποτελεί επίσης ένα αποφασιστικό επόμενο βήμα στη γόνιμη συνέργεια μεταξύ διαστημικών και επίγειων παρατηρητηρίων και ως εκ τούτου αποτελεί βασικό δομικό στοιχείο του προσεχές εικονικό παρατηρητήριο.
Περισσότερες πληροφορίες
Αυτή η εργασία βασίζεται σε δύο δημοσιεύσεις που θα δημοσιευτούν στο επαγγελματικό περιοδικό αστρονομίας, την Αστρονομία και την Αστροφυσική (Η έρευνα XMM-LSS: I. Επιστημονικά κίνητρα, σχεδιασμός και πρώτα αποτελέσματα από τους Marguerite Pierre et al., Astro-ph / 0305191 και The XMM - Έρευνα LSS: ΙΙ. Πρώτα σμήνη γαλαξιών υψηλής μετατόπισης: χαλαρά και καταρρέοντα συστήματα από τους Ivan Valtchanov et al., Astro-ph / 0305192).
Ο Δρ. Μ. Πιέρ θα δώσει μια πρόσκληση για συζήτηση σχετικά με αυτό το θέμα στο Συμπόσιο IAU 216 - Χάρτες του Κόσμου - αυτήν την Πέμπτη 17 Ιουλίου 2003 κατά τη Γενική Συνέλευση IAU 2003 στο Σίδνεϊ της Αυστραλίας.
Σημειώσεις
[1]: Αυτή είναι μια συντονισμένη έκδοση ESO / ESA.
[2]: Η κοινοπραξία XMM-LSS διευθύνεται από την Υπηρεσία d'Astrophysique du CEA (Γαλλία) και αποτελείται από ιδρύματα από το Ηνωμένο Βασίλειο, την Ιρλανδία, τη Δανία, τις Κάτω Χώρες, το Βέλγιο, τη Γαλλία, την Ιταλία, τη Γερμανία, την Ισπανία και τη Χιλή. Η αρχική σελίδα του έργου XMM-LSS βρίσκεται στη διεύθυνση http://vela.astro.ulg.ac.be/themes/spatial/xmm/LSS/index_e.html
[3]: Στην αστρονομία, το "redshift" υποδηλώνει το κλάσμα με το οποίο οι γραμμές στο φάσμα ενός αντικειμένου μετατοπίζονται προς μεγαλύτερα μήκη κύματος. Δεδομένου ότι η κόκκινη μετατόπιση ενός κοσμολογικού αντικειμένου αυξάνεται με την απόσταση, η παρατηρούμενη κόκκινη μετατόπιση ενός απομακρυσμένου γαλαξία παρέχει επίσης μια εκτίμηση της απόστασης του.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESO
