Obrazový kredit: ESO
Tým evropských a chilských astronomů objevil několik velkých shluků galaxií ve vzdálenosti 8 miliard světelných let, což by mělo poskytnout nahlédnutí do struktury a vývoje vesmíru. Shluky galaxií byly objeveny kombinací obrázků z kosmického dalekohledu XMM-Newton ESA a velmi velkého dalekohledu ESO. Shluky galaxií se nerozšíří rovnoměrně, ale vypadají napjaté vesmírem jako web a doposud se zdá, že tvar těchto shluků se nezměnil, protože vesmír byl velmi mladý ..
S využitím družice ESA XMM-Newton získal tým evropských a chilských astronomů [2] dosud nejhlubší „širokoúhlý“ rentgenový snímek vesmíru. Tento pronikavý pohled, doplněný pozorováním některými z největších a nejúčinnějších pozemních optických dalekohledů, včetně ESO velmi velkého dalekohledu (VLT), vyústil v objevení několika velkých shluků galaxií.
Tyto prvotní výsledky ambiciózního výzkumného programu jsou nesmírně slibné a připravují cestu pro velmi komplexní a důkladné sčítání shluků galaxií v různých epochách. Tento projekt, který se opírá o přední astronomickou technologii a má nepřekonatelnou pozorovací účinnost, má poskytnout nový pohled na strukturu a vývoj vzdáleného vesmíru.
Univerzální web
Na rozdíl od zrn písku na pláži není hmota rovnoměrně rozptýlena po celém vesmíru. Místo toho se koncentruje do galaxií, které se samy shlukují do shluků (a dokonce shluků shluků). Tyto klastry jsou „navlečeny“ po celém vesmíru ve formě podobné webu, srov. ESO PR 11/01.
Naše Galaxie, například Mléčná dráha, patří do takzvané místní skupiny, která také zahrnuje „Messier 31“, galaxii Andromeda. Místní skupina obsahuje asi 30 galaxií a měří několik milionů světelných let. Ostatní klastry jsou mnohem větší. Shluk Coma obsahuje tisíce galaxií a měří více než 20 milionů světelných let. Dalším dobře známým příkladem je klastr Panna, který na obloze pokrývá nejméně 10 stupňů!
Shluky galaxií jsou nejmasivnější vázané struktury ve vesmíru. Mají masy řádově tisíc miliónů krát větší než naše Slunce. Jejich trojrozměrné rozložení prostoru a hustota čísel se mění s kosmickým časem a jedinečným způsobem poskytují informace o hlavních kosmologických parametrech.
Asi jedna pětina opticky neviditelné hmoty shluku je ve formě difúzního horkého plynu mezi galaxiemi. Tento plyn má teplotu řádově několik desítek milionů stupňů a hustotu řádově jednoho atomu na litr. Při tak vysokých teplotách produkuje silnou rentgenovou emisi.
Pozorování tohoto intergalaktického plynu a nejen jednotlivých galaxií je jako vidět budovy města ve dne, nejen noční světla v noci. Proto jsou klastry galaxií nejlépe objeveny pomocí rentgenových satelitů.
S využitím předchozích rentgenových satelitů provedli astronomové omezené studie rozsáhlé struktury blízkého vesmíru. Doposud jim však chyběly nástroje, které by rozšířily vyhledávání do velkých objemů vzdáleného vesmíru.
Pozorování širokého pole XMM-Newton
Marguerite Pierre (CEA Saclay, Francie), s evropským / chilským týmem astronomů známým jako konsorcium XMM-LSS [2], použil velké zorné pole a vysokou citlivost rentgenové observatoře ESA XMM-Newton k hledat vzdálené shluky galaxií a mapovat jejich distribuci ve vesmíru. Mohli vidět asi 7 000 milionů let do kosmologické éry, když byl vesmír asi poloviční než jeho současná velikost a věk, kdy byly shluky galaxií pevněji zabaleny.
Sledování shluků je pečlivý, vícestupňový proces, který vyžaduje vesmírné i pozemní dalekohledy. Ve skutečnosti z rentgenových snímků s XMM bylo možné vybrat několik desítek objektů kandidátů na klastr, identifikovaných jako oblasti se zvýšeným rentgenem (cf PR Photo 19b / 03).
Ale mít kandidáty nestačí! Musí být potvrzeny a dále studovány pozemními dalekohledy. V tandemu s XMM-Newton, Pierre používá velmi široký-širokoúhlý zobrazovač připojený k 4-m Kanada-Francie-Hawaii dalekohled, na Mauna Kea, Havaj, dělat optický snímek stejné oblasti prostoru. Počítačový program šitý na míru pak kombinuje data XMM-Newton a hledá koncentrace rentgenů, které naznačují velké rozšířené struktury. Jedná se o shluky a představují pouze asi 10% detekovaných zdrojů rentgenového záření. Ostatní jsou většinou vzdálené aktivní galaxie.
Zpátky k zemi
Když program najde shluk, přiblíží se v této oblasti a převede data XMM-Newton na obrysovou mapu rentgenové intenzity, která se potom překrývá s optickým obrazem CFHT (PR Photo 19c / 03). Astronomové to používají ke kontrole, zda je v oblasti rozšířené rentgenové emise něco viditelné.
Pokud je něco vidět, pak se práce posouvá k jednomu z nejlepších světových optických / infračervených dalekohledů, velmi velkého dalekohledu Evropské jižní observatoře (VLT) v Paranalu (Chile). Prostřednictvím multimodálních přístrojů FORS astronomové přibližují jednotlivé galaxie v poli a provádějí spektrální měření, která odhalují jejich celkové vlastnosti, zejména jejich červený posun a odtud vzdálenost.
Klastrové galaxie mají podobné vzdálenosti a tato měření nakonec poskytují průměrováním vzdálenost klastru a rozptyl rychlosti v klastru. Nástroje FORS patří mezi nejúčinnější a nejvšestrannější pro tento typ práce a berou průměrné spektrum 30 galaxií najednou.
První spektroskopická pozorování věnovaná identifikaci a měření červeného posunu klastrů galaxií XMM-LSS se uskutečnila během tří nocí na podzim roku 2002.
Jak března 2003, tam bylo jen 5 známých shluků v literatuře u tak velkého červeného posunu s dost spektroskopicky změřených červených posunů dovolit odhad rychlosti rozptylu. VLT však umožnil získat rozptyl ve vzdáleném klastru pouze za 2 hodiny, což vyvolalo velká očekávání pro budoucí práci.
700 spekter…
Marguerite Pierre je nesmírně spokojený: Počasí a pracovní podmínky na VLT byly optimální. Pouze za tři noci bylo pozorováno 12 klastrových polí, což přineslo ne méně než 700 spekter galaxií. Celková strategie se ukázala jako velmi úspěšná. Vysoká pozorovací účinnost VLT a FORS podporuje náš plán provádět následné studie velkého počtu vzdálených shluků s relativně malou pozorovací dobou. To představuje nejvýraznější zvýšení účinnosti ve srovnání s předchozími vyhledáváními.
Současný výzkumný program začal dobře a jasně prokazuje proveditelnost tohoto nového přístupu s více dalekohledy a jeho velmi vysokou účinnost. A Marguerite Pierre a její kolegové již vidí první dráždivé výsledky: zdá se, že to potvrzuje, že počet klastrů před 7 000 miliony let se trochu liší od dnešních. Toto konkrétní chování je předpovídáno modely vesmíru, které se navždy rozšiřují, čímž se shluky galaxií posouvají dále a dále od sebe.
Stejně důležité je, že tento multimetrový přístup s více vlnovými délkami vyvinutý konsorciem XMM-LSS k nalezení shluků galaxií také představuje rozhodující další krok v úrodné synergii mezi vesmírnými a pozemními observatořími, a je proto základním stavebním kamenem nadcházející virtuální observatoř.
Více informací
Tato práce je založena na dvou článcích, které mají být publikovány v odborném astronomickém časopise, Astronomie a astrofyzika (průzkum XMM-LSS: I. Vědecké motivace, design a první výsledky Marguerite Pierre et al., Astro-ph / 0305191 a XMM -LSS průzkum: II. První galaktické shluky s vysokým redshiftem: uvolněné a kolabující systémy Ivan Valtchanov a kol., Astro-ph / 0305192).
Dr. M. Pierre přednáší pozvánku na toto téma na sympoziu IAU 216 - Mapy Kosmu - tento čtvrtek 17. července 2003 během Valného shromáždění IAU 2003 v australské Sydney.
Poznámky
[1]: Toto koordinované vydání ESO / ESA.
[2]: Konsorcium XMM-LSS je vedeno Service d'Astrophysique du CEA (Francie) a skládá se z institutů ze Spojeného království, Irska, Dánska, Nizozemska, Belgie, Francie, Itálie, Německa, Španělska a Chile. Domovská stránka projektu XMM-LSS je k dispozici na adrese http://vela.astro.ulg.ac.be/themes/spatial/xmm/LSS/index_e.html
[3]: V astronomii označuje „červený posun“ zlomek, o který se čáry ve spektru objektu posunou směrem k delším vlnovým délkám. Protože se červený posun kosmologického objektu zvyšuje se vzdáleností, pozorovaný červený posun vzdálené galaxie také poskytuje odhad jeho vzdálenosti.
Původní zdroj: ESO News Release
