Et internasjonalt team av astronomer [2] har lyktes med å måle hastighetene til et stort antall planetariske tåler [3] i det intergalaktiske rommet i Virgo Cluster of galaxies med høy presisjon. Til dette brukte de det svært effektive FLAMES spektrograf [4] på ESO Very Large Telescope ved Paranal Observatory (Chile).
Disse planetariske stjernetåler som flyter fritt i det ellers tilsynelatende tomme rommet mellom galakser fra store klynger, kan brukes som "sonder" for gravitasjonskreftene som virker i disse klyngene. De sporer massene, synlige og usynlige, i disse regionene. Dette tillater på sin side astronomer å studere dannelseshistorien til disse store bundne strukturer i universet.
De nøyaktige hastighetsmålingene til 40 av disse stjernene bekrefter synet om at Jomfruen er en svært ikke-enhetlig galakse-klynge, bestående av flere underenheter som ennå ikke har hatt tid til å komme i likevekt. Disse nye dataene viser tydelig at Jomfrueklyngen av galakser fremdeles er i ferd med å lage.
De beviser også for første gang at en av de lyse galaksene i den undersøkte regionen, Messier 87, har en veldig utvidet glorie av stjerner, og når ut til minst 65 kpc. Dette er mer enn dobbelt så stort som vår egen galakse, Melkeveien.
En ung klynge
På en avstand på omtrent 50 millioner lysår er Virgo Cluster den nærmeste galakse-klyngen. Den ligger i stjernebildet Stjernejomfruen (Jomfruen) og inneholder mange hundre galakser, alt fra gigantiske og massive elliptiske galakser og spiraler som vår egen Melkevei, til dverggalakser, hundrevis av ganger mindre enn de store brødrene. Den franske astronomen Charles Messier kom inn i 16 medlemmer av Jomfrueklyngen i sin berømte katalog over tåker. Et bilde av kjernen i klyngen oppnådd med kameraet Wide Field Imager ved ESO La Silla Observatory ble publisert i fjor som PR Photo 04a / 03.
Det antas at klynger av galakser har dannet seg over en lengre periode av samlingen av mindre enheter gjennom det sterke tyngdekraften fra mørk og lysende materie. Virgo-klyngen blir ansett for å være en relativt ung klynge fordi tidligere studier har avdekket små "sub-klynger av galakser" rundt de største galaksene Messier 87, Messier 86 og Messier 49. Disse underklyngene må ennå ikke smelte sammen for å danne en tettere og jevnere galakse klynge.
Nyere observasjoner har vist at det såkalte “intracluster” -rommet, regionen mellom galakser i en klynge, er gjennomsyret av en sparsom “intracluster population of stars”, som kan brukes til å studere i detalj strukturen til klyngen.
Kosmiske vandrere
De første funnene av intracluster-stjerner i jomfruklyngen ble gjort serendipitøst av den italienske astronomen Magda Arnaboldi (Torino Observatory, Italia) og hennes kolleger, i 1996. For å studere de utvidede glorieene av galakser i Jomfruklyngen, med ESO New Technology Teleskope på La Silla, de søkte etter objekter kjent som “planetariske tåker” [3].
Planetiske tåler (PNe) kan oppdages i store avstander fra deres sterke utslippslinjer. Disse smale utslippslinjene gir også mulighet for et nøyaktig mål på deres radielle hastigheter. Planetiske tåler kan dermed tjene til å undersøke bevegelsene til stjerner i halo-regionene i fjerne galakser.
I studien fant astronomene flere planetens tåler tilsynelatende ikke relatert til noen galakser, men som beveget seg i tyngdekraftsfeltet i hele klyngen. Disse “vandrerne” tilhørte en nyoppdaget internt populær av stjerner.
Siden disse første observasjonene er flere hundre av disse vandrere blitt oppdaget. De må representere toppen av isfjellet til en enorm populasjon av stjerner som svermer blant galaksen i disse enorme klyngene. Ettersom planetnåler er det siste stadiet av vanlige lavmassestjerner - som vår sol - er de representativt for den stellære befolkningen generelt. Og ettersom planetnebulene er ganske kortvarige (noen titusenvis av år - en blitz på astronomiske tidsrom), kan astronomer anslå at en stjerne i rundt 8000 millioner stjerner av soltype er synlig som en planetnebula til enhver tid. Det må således være et sammenlignbart antall stjerner i mellom galakser som i selve galaksene. Men fordi de er fortynnet i et så stort volum, er de knapt påviselige.
Fordi disse stjernene er overveiende gamle, er den mest sannsynlige forklaringen på deres tilstedeværelse i det intracluster rom at de dannet seg i individuelle galakser, som deretter ble strippet for mange av stjernene sine i tett møte med andre galakser under de første stadiene av klyngedannelsen. Disse “tapte” stjernene ble deretter spredt ut i det intracluster rommet der vi nå finner dem.
Dermed kan planetens tåler gi et unikt grep på antall, type stjerner og bevegelser i regioner som kan ha en betydelig mengde masse. Bevegelsene deres inneholder den fossile referansen til historien om galakseinteraksjonen og dannelsen av galakse klyngen.
Måling av hastigheten til døende stjerner
Det internasjonale teamet av astronomer [2] gikk videre med å gjøre en detaljert studie av bevegelsene til planetnevulene i Jomfruklyngen for å bestemme dens dynamiske struktur og sammenligne den med numeriske simuleringer. For dette målet gjennomførte de et utfordrende forskningsprogram, som hadde som mål å bekrefte intracluster planetariske kandidatkandidater de fant tidligere og måle deres radielle hastigheter i tre forskjellige regioner ("undersøkelsesfelt") i jomfruen klyngekjerne.
Dette er langt fra en enkel oppgave. Utslippet i den viktigste oksygenutslippslinjen fra en planetarisk tåke i jomfruen kan sammenlignes med den fra en 60-watt lyspære i en avstand på omtrent 6,6 millioner kilometer, omtrent 17 ganger den gjennomsnittlige avstanden til månen. Videre er prøver av intracluster planetnebula sparsomme, med bare noen få titalls planetnebler i et kvadrat graders kvadratisk himmelfelt - omtrent på månens størrelse. Spektroskopiske observasjoner krever dermed 8 meter teleskoper og spektrografer med stort synsfelt. Astronomene måtte derfor stole på FLAMES-GIRAFFE-spektrografen på VLT [4], med sin relativt høye spektrale oppløsning, sitt synsfelt på 25 arkmin og muligheten for å ta opptil 130 spektre om gangen.
Astronomene studerte til sammen 107 stjerner, hvorav 71 antas å være ekte intracluster planetkandidater. De observerte mellom 21 og 49 objekter samtidig i omtrent 2 timer per felt. De tre delene av den undersøkte Virgo-kjernen inneholder flere lyse galakser (Messier 84, 86, 87 og NGC 4388) og et stort antall mindre galakser. De ble valgt til å representere forskjellige enheter i klyngen.
De spektroskopiske målingene kan bekrefte den intracluster natur til 40 av de planetariske nebularene som ble studert. De ga også et vell av kunnskap om strukturen til denne delen av Jomfruklyngen.
Under produksjonen
I det første feltet nær Messier 87 (M87) målte astronomene en gjennomsnittshastighet nær 1250 km / s og en ganske liten spredning rundt denne verdien. De fleste stjerner i dette feltet er således fysisk bundet til den lyse galaksen M87, på samme måte som jorden er bundet til solen. Magda Arnaboldi forklarer: “Denne studien har ført til den bemerkelsesverdige oppdagelsen at Messier 87 har en stjernen glorie i omtrentlig dynamisk likevekt ut til minst 65 kpc, eller mer enn 200 000 lysår. Dette er mer enn dobbelt så stort som vår egen galakse, Melkeveien, og var ikke kjent før. ”
Hastighetsdispersjonen observert i det andre feltet, som er langt borte fra lyse galakser, er større enn i det første med en faktor fire. Denne veldig store spredningen, som indikerer stjerner som beveger seg i veldig forskjellige retninger i forskjellige hastigheter, forteller oss også at dette feltet sannsynligvis inneholder mange intracluster stjerner hvis bevegelser knapt er påvirket av store galakser. De nye dataene antyder som en fristende mulighet for at denne intracluster befolkningen av stjerner kan være igjen fra forstyrrelsen av små galakser når de går i bane rundt M87.
Hastighetsfordelingen i det tredje feltet, utledet fra FLAMES spektre, er igjen annerledes. Hastighetene viser understrukturer relatert til de store galaksene Messier 86, Messier 84 og NGC 4388. Trolig tilhører det store flertallet av alle disse planetnebulene en veldig utvidet glorie rundt Messier 84.
Ortwin Gerhard (Universitetet i Basel, Sveits), medlem av teamet, er begeistret: “Sammen samlet disse hastighetsmålingene bekrefter synet om at Jomfrueklyngen er en svært ikke-enhetlig og lite avslappet galakse-klynge, bestående av flere underenheter. Med FLAMES-spektrografen har vi dermed kunnet se bevegelsene i Jomfrueklyngen, i et øyeblikk når dens underenheter fremdeles samles. Og det er absolutt et syn verdt å se! ”
Mer informasjon
Resultatene presentert i denne ESOs pressemelding er basert på et forskningsoppgave ("The Line-of-Sight Velocity Distributions of Intracluster Planetetary Nebulae in the Virgo Cluster Core" av M. Arnaboldi et al.) Som nettopp har dukket opp i forskningsjournalen. Astrophysical Journal Letters Vol. 614, p. 33.
Merknader
[1]: University of Basel Pressemelding om dette emnet er tilgjengelig på http://www.zuv.unibas.ch/uni_media/2004/20041022virgo.html.
[2]: Medlemmene av teamet er Magda Arnaboldi (INAF, Osservatorio di Pino Torinese, Italia), Ortwin Gerhard (Astronomisches Institut, Universit? T Basel, Sveits), Alfonso Aguerri (Instituto de Astrofisica de Canarias, Spania), Kenneth C. Freeman (Mount Stromlo Observatory, ACT, Australia), Nicola Napolitano (Kapteyn Astronomical Institute, Nederland), Sadanori Okamura (Institutt for astronomi, University of Tokyo, Japan), og Naoki Yasuda (Institute for Cosmic Ray Research, University fra Tokyo, Japan).
[3]: Planetiske tåler er sollignende stjerner i deres siste døende fase hvor de skyver ut de ytre lagene sine i det omgivende rom. Samtidig avduker de sin lille og varme stjernekjerne som fremstår som en "hvit dvergstjerne". Den utkastede konvolutten blir opplyst og oppvarmet av stjernekjernen og avgir sterkt i karakteristiske emisjonslinjer fra flere elementer, spesielt oksygen (ved bølgelengder 495,9 og 500,7 nm). Navnet deres stammer fra det faktum at noen av disse objektene i nærheten, for eksempel "Dumbbell Nebula" (se ESO PR Photo 38a / 98), ligner skivene til de gigantiske planetene i solsystemet når de blir sett på med små teleskoper.
[4]: FLAMES, Fiber Large Array Multi-Element Spectrograph, er installert på 8,2 m VLT KUEYEN-teleskopet. Den er i stand til å observere spektrene til et stort antall individuelle, svake objekter (eller små himmelområder) samtidig og dekker et himmelfelt på ikke mindre enn 25 arkminer i diameter, dvs. nesten like stort som fullmånen. Det er resultatet av et samarbeid mellom ESO, Observatoire de Paris-Meudon, Observatoire de Gen? Ve-Lausanne og Anglo Australian Observatory (AAO).
Originalkilde: ESO News Release
