Bildekreditt: ESO
Et team av europeiske og chilenske astronomer har oppdaget flere store klynger av galakser i en avstand på 8 milliarder lysår som skulle gi innsikt i strukturen og evolusjonen til universet. Galakse-klyngene ble oppdaget ved å kombinere bilder fra ESAs XMM-Newton romteleskop og ESOs Very Large Telescope. Galakse klynger spres ikke jevnt, men virker spredt gjennom universet som et nett, og så langt virker det som om formen på disse klyngene ikke har endret seg siden universet var veldig ung ...
Ved hjelp av ESA XMM-Newton-satellitten har et team av europeiske og chilenske astronomer [2] skaffet seg verdens dypeste "vid felt" røntgenbilde av kosmos hittil. Denne gjennomtrengende utsikten, komplementert med observasjoner fra noen av de største og mest effektive bakkebaserte optiske teleskopene, inkludert ESO Very Large Telescope (VLT), har resultert i oppdagelsen av flere store klynger av galakser.
Disse tidlige resultatene fra et ambisiøst forskningsprogram er ekstremt lovende og baner vei for en veldig omfattende og grundig folketelling av klynger av galakser ved forskjellige epoker. Dette prosjektet er avhengig av den fremste astronomiske teknologien og med en enestående observasjonseffektivitet. Dette prosjektet skal gi ny innsikt i strukturen og utviklingen i det fjerne universet.
Det universelle nettet
I motsetning til korn av sand på en strand, er materien ikke jevnt spredt over hele universet. I stedet konsentreres det om galakser som selv samles i klynger (og til og med klynger). Disse klyngene er "spredd" over hele universet i en nettlignende struktur, jfr. ESO PR 11/01.
Vår galakse, Melkeveien, tilhører for eksempel den såkalte Local Group som også omfatter “Messier 31”, Andromeda Galaxy. Den lokale gruppen inneholder omtrent 30 galakser og måler noen få millioner lysår på tvers. Andre klynger er mye større. Coma-klyngen inneholder tusenvis av galakser og måler mer enn 20 millioner lysår. Et annet kjent eksempel er Jomfrueklyngen, som dekker ikke mindre enn 10 grader på himmelen!
Klynger av galakser er de mest massive bundne strukturer i universet. De har masser av størrelsesorden tusen millioner millioner ganger massen til Solen vår. Deres tredimensjonale romfordeling og nummertetthet endres med kosmisk tid og gir informasjon om de viktigste kosmologiske parametrene på en unik måte.
Omtrent en femtedel av den optisk usynlige massen til en klynge er i form av en diffus varm gass mellom galaksene. Denne gassen har en temperatur i størrelsesorden flere titalls millioner grader og en tetthet i størrelsesorden ett atom per liter. Ved så høye temperaturer produserer det kraftig røntgenutslipp.
Å observere denne intergalaktiske gassen og ikke bare de enkelte galakser, er som å se bygningene i en by på dagtid, ikke bare de opplyste vinduene om natten. Dette er grunnen til at klynger av galakser blir best oppdaget ved hjelp av røntgen-satellitter.
Ved hjelp av tidligere røntgen-satellitter har astronomer utført begrensede studier av den store skalaen til det nærliggende universet. Imidlertid manglet de instrumentene for å utvide søket til store volum av det fjerne universet.
XMM-Newton bredfeltobservasjoner
Marguerite Pierre (CEA Saclay, Frankrike), med et europeisk / chilensk team av astronomer kjent som XMM-LSS-konsortiet [2], brukte det store synsfeltet og den høye følsomheten til ESAs røntgenobservatorium XMM-Newton til søk etter fjernklynger av galakser og kartlegge deres distribusjon i rommet. De kunne se rundt 7000 millioner år tilbake til en kosmologisk tid da universet var omtrent halvparten av sin nåværende størrelse og alder, da klynger av galakser var tettere pakket.
Å spore klyngene er en møysommelig, flertrinns prosess som krever både rom og bakkebaserte teleskoper. Fra røntgenbilder med XMM var det faktisk mulig å velge flere titalls klusterkandidatobjekter, identifisert som områder med forbedret røntgenstråling (jfr PR Photo 19b / 03).
Men å ha kandidater er ikke nok! De må bekreftes og studeres videre med bakkebaserte teleskoper. I takt med XMM-Newton bruker Pierre den meget vide feltbilderen som er festet til det 4 m store Canada-France-Hawaii Teleskopet på Mauna Kea, Hawaii, for å ta et optisk øyeblikksbilde av den samme verdensrommet. Et skreddersydd dataprogram kombinerer deretter XMM-Newton-dataene på jakt etter konsentrasjoner av røntgenstråler som antyder store, utvidede strukturer. Dette er klyngene og representerer bare rundt 10% av de påviste røntgenkildene. De andre er stort sett fjerne aktive galakser.
Tilbake til bakken
Når programmet finner en klynge, zoomer det inn på det området og konverterer XMM-Newton-dataene til et konturkart over røntgenintensitet, som deretter overlegges på det optiske CFHT-bildet (PR Photo 19c / 03). Astronomene bruker dette for å sjekke om noe er synlig i området for utvidet røntgenutslipp.
Hvis noe blir sett, blir arbeidet flyttet til et av verdens fremste optiske / infrarøde teleskoper, European Southern Observatory's Very Large Telescope (VLT) i Paranal (Chile). Ved hjelp av FORS multimodusinstrumenter zoomer astronomene inn på de enkelte galakser i feltet, og tar spektrale målinger som avslører deres generelle egenskaper, spesielt deres rødskift og dermed avstand.
Klyngalakser har samme avstander, og disse målingen gir til slutt, gjennom gjennomsnitt, klyngens avstand så vel som hastighetsdispersjonen i klyngen. FORS-instrumentene er blant de mest effektive og allsidige for denne typen arbeid, og tar på seg det gjennomsnittlige spektra for 30 galakser om gangen.
De første spektroskopiske observasjonene dedikert til identifisering og rødskiftemåling av XMM-LSS galakse klynger fant sted i løpet av tre netter høsten 2002.
Fra mars 2003 var det bare fem kjente klynger i litteraturen ved en så stor rødskift med nok spektroskopisk målte rødskift til å tillate et estimat av hastighetsdispersjonen. Men VLT tillot å få spredning i en fjern klynge bare på 2 timer, noe som vakte store forventninger til fremtidig arbeid.
700 spektre ...
Marguerite Pierre er ekstremt innhold: Vær og arbeidsforhold på VLT var optimale. På bare tre netter ble 12 klyngefelt observert, noe som ga ikke mindre enn 700 galakser. Den overordnede strategien viste seg å være meget vellykket. Den høye observasjonseffektiviteten til VLT og FORS støtter vår plan for å utføre oppfølgingsstudier av stort antall fjerne klynger med relativt liten observasjonstid. Dette representerer en betydelig økning i effektivitet sammenlignet med tidligere søk.
Det nåværende forskningsprogrammet har begynt godt, noe som tydelig viser muligheten for denne nye multiteleskoptilnærmingen og den meget høye effektiviteten. Og Marguerite Pierre og kollegene hennes ser allerede de første fristende resultatene: Det ser ut til å bekrefte at antall klynger for 7000 millioner år siden er lite forskjellig fra i dag. Denne spesielle oppførselen er spådd av modeller av universet som utvider seg for alltid, og fører galakse klyngene lenger og lenger fra hverandre.
Like viktig er denne multi-bølgelengde, multiteleskop-tilnærmingen utviklet av XMM-LSS-konsortiet for å lokalisere klynger av galakser også et avgjørende neste trinn i den fruktbare synergien mellom rom og bakkebaserte observatorier, og er derfor en grunnleggende byggestein i forestående virtuelle observatorium.
Mer informasjon
Dette arbeidet er basert på to artikler som skal publiseres i det profesjonelle astronomitidsskriftet, Astronomy and Astrophysics (The XMM-LSS survey: I. Scientific motivations, design and first results by Marguerite Pierre et al., Astro-ph / 0305191 and The XMM -LSS-undersøkelse: II. Første høye rødskift galakse klynger: avslappede og kollapsende systemer av Ivan Valtchanov et al., Astro-ph / 0305192).
Dr. M. Pierre holder en invitert tale om dette emnet på IAU-symposiet 216 - Maps of the Cosmos - torsdag 17. juli 2003 under IAUs generalforsamling 2003 i Sydney, Australia.
Merknader
[1]: Dette er en koordinert utgivelse av ESO / ESA.
[2]: XMM-LSS-konsortiet ledes av Service d’Astrophysique du CEA (Frankrike) og består av institutter fra Storbritannia, Irland, Danmark, Nederland, Belgia, Frankrike, Italia, Tyskland, Spania og Chile. Hjemmesiden til XMM-LSS-prosjektet finner du på http://vela.astro.ulg.ac.be/themes/spatial/xmm/LSS/index_e.html
[3]: I astronomi betegner "rødskiftet" brøkdelen som linjene i spektret til et objekt forskyves mot lengre bølgelengder. Siden rødskiftet til et kosmologisk objekt øker med avstand, gir den observerte rødskiftet til en avsidesliggende galakse også et estimat av avstanden.
Originalkilde: ESO News Release
