Международная группа астрономов [2] преуспела в измерении с высокой точностью скоростей большого числа планетарных туманностей [3] в межгалактическом пространстве в скоплении галактик в Деве. Для этого они использовали высокоэффективный спектрограф FLAMES [4] на очень большом телескопе ESO в Паранальской обсерватории (Чили).
Эти звезды планетарных туманностей, свободно плавающие в, казалось бы, пустом пространстве между галактиками больших скоплений, могут использоваться как «зонды» гравитационных сил, действующих внутри этих скоплений. Они прослеживают массы, как видимые, так и невидимые, внутри этих регионов. Это, в свою очередь, позволяет астрономам изучать историю формирования этих больших связанных структур во вселенной.
Точные измерения скорости 40 из этих звезд подтверждают мнение, что Дева является сильно неоднородным скоплением галактик, состоящим из нескольких субъединиц, которые еще не успели прийти в равновесие. Эти новые данные ясно показывают, что скопление галактик в Деве все еще находится в процессе создания.
Они также впервые доказывают, что одна из ярких галактик в исследуемом регионе, Мессье 87, имеет очень протяженный гало звезд, достигающий, по крайней мере, 65 кпк. Это более чем в два раза больше нашей галактики, Млечного Пути.
Молодой кластер
На расстоянии примерно 50 миллионов световых лет кластер Девы является ближайшим скоплением галактик. Он расположен в зодиакальном созвездии Девы (Девы) и содержит много сотен галактик, от гигантских и массивных эллиптических галактик и спиралей, подобных нашему Млечному Пути, до карликовых галактик, в сотни раз меньших, чем их большие братья. Французский астроном Шарль Мессье включил 16 членов скопления Дева в свой знаменитый каталог туманностей. Изображение ядра кластера, полученное с помощью камеры Wide Field Imager в обсерватории ESO La Silla, было опубликовано в прошлом году как PR Photo 04a / 03.
Считается, что скопления галактик сформировались в течение длительного периода времени благодаря объединению более мелких объектов в результате сильного гравитационного притяжения темной и светящейся материи. Скопление Девы считается относительно молодым скоплением, потому что предыдущие исследования выявили небольшие «подгруппы галактик» вокруг главных галактик Мессье 87, Мессье 86 и Мессье 49. Эти подгруппы еще не слились, чтобы сформировать более плотную и более гладкое скопление галактик.
Недавние наблюдения показали, что так называемое «внутрикластерное» пространство, область между галактиками в скоплении, пронизано редкой «внутрикластерной популяцией звезд», которую можно использовать для детального изучения структуры скопления.
Космические странники
Первые открытия внутрикластерных звезд в скоплении Девы были сделаны по счастливой случайности итальянским астрономом Магдой Арнабольди (Туринская обсерватория, Италия) и ее коллегами в 1996 году. Для изучения расширенных гало галактик в скоплении Девы с помощью ESO New По технологии телескопа в Ла Силле они искали объекты, известные как «планетарные туманности» [3].
Планетарные туманности (PNe) можно обнаружить на большие расстояния от их сильных эмиссионных линий. Эти узкие эмиссионные линии также позволяют точно измерять их лучевые скорости. Таким образом, планетарные туманности могут служить для исследования движений звезд в областях гало отдаленных галактик.
В своем исследовании астрономы обнаружили несколько планетарных туманностей, которые, по-видимому, не связаны с какими-либо галактиками, но движутся в гравитационном поле всего скопления. Эти «странники» принадлежали недавно обнаруженной внутрикластерной популяции звезд.
Со времени этих первых наблюдений было обнаружено несколько сотен странников. Они должны представлять верхушку айсберга огромной популяции звезд, роящихся среди галактик в этих огромных скоплениях. Действительно, поскольку планетарные туманности являются последней стадией обычных звезд с низкой массой, таких как наше Солнце, они представляют звездное население в целом. А поскольку планетарные туманности довольно недолговечны (несколько десятков тысяч лет - блик на астрономических временных шкалах), астрономы могут оценить, что одна звезда из примерно 8 000 миллионов звезд солнечного типа видна как планетарная туманность в любой данный момент. Таким образом, между галактиками должно быть сопоставимое количество звезд, как и в самих галактиках. Но поскольку они разбавлены в таком огромном объеме, их едва ли можно обнаружить.
Поскольку эти звезды преимущественно старые, наиболее вероятным объяснением их присутствия во внутрикластерном пространстве является то, что они образовались в отдельных галактиках, которые впоследствии были лишены многих своих звезд во время близких встреч с другими галактиками на начальных этапах формирования скоплений. Эти «потерянные» звезды были затем рассеяны во внутрикластерное пространство, где мы сейчас их находим.
Таким образом, планетарные туманности могут обеспечить уникальное управление количеством, типом звезд и движением в областях, которые могут содержать значительное количество массы. Их движения содержат записи окаменелости истории взаимодействия галактик и образования скопления галактик.
Измерение скорости умирающих звезд
Международная группа астрономов [2] продолжила детальное изучение движений планетарных туманностей в скоплении Девы, чтобы определить его динамическую структуру и сравнить с численным моделированием. С этой целью они выполнили сложную исследовательскую программу, направленную на подтверждение кандидатов внутрикластерных планетарных туманностей, которые они нашли ранее, и измерения их лучевых скоростей в трех различных областях («обзорных полях») в ядре скопления Девы.
Это далеко не простая задача. Излучение в основной линии эмиссии кислорода от планетарной туманности в Деве сопоставимо с излучением 60-ваттной лампочки на расстоянии около 6,6 миллионов километров, что примерно в 17 раз больше среднего расстояния до Луны. Кроме того, внутрикластерные образцы планетарных туманностей немногочисленны: всего лишь несколько десятков планетарных туманностей в четверти градусного поля неба - размером с Луну. Спектроскопические наблюдения, таким образом, требуют телескопов класса 8 метров и спектрографов с большим полем зрения. Поэтому астрономам пришлось полагаться на спектрограф FLAMES-GIRAFFE на VLT [4] с его относительно высоким спектральным разрешением, его полем зрения 25 угловых минут и возможностью принимать до 130 спектров одновременно.
Астрономы изучили в общей сложности 107 звезд, среди которых 71 считался подлинным внутрикластерным кандидатом на планету. Они наблюдали от 21 до 49 объектов одновременно в течение примерно 2 часов на поле. Три части обследуемого ядра Девы содержат несколько ярких галактик (Мессье 84, 86, 87 и NGC 4388) и большое количество меньших галактик. Они были выбраны для представления различных объектов кластера.
Спектроскопические измерения могут подтвердить внутрикластерную природу 40 исследованных планетарных туманностей. Они также предоставили множество знаний о структуре этой части скопления Девы.
В процессе создания
В первом поле вблизи Мессье 87 (M87) астрономы измерили среднюю скорость, близкую к 1250 км / с, и довольно небольшую дисперсию вокруг этого значения. Таким образом, большинство звезд в этой области физически связаны с яркой галактикой M87 так же, как Земля связана с Солнцем. Магда Арнабольди объясняет: «Это исследование привело к замечательному открытию, что Мессье 87 обладает звездным ореолом в приблизительном динамическом равновесии по крайней мере до 65 кпк, или более 200 000 световых лет. Это более чем в два раза больше нашей галактики, Млечного Пути, и не было известно ранее ».
Дисперсия скорости, наблюдаемая во втором поле, которое находится далеко от ярких галактик, в четыре раза больше, чем в первом. Эта очень большая дисперсия, указывающая на звезды, движущиеся в очень разных направлениях с разными скоростями, также говорит нам о том, что это поле, скорее всего, содержит много внутрикластерных звезд, на движения которых едва влияют большие галактики. Новые данные предполагают в качестве дразнящей возможности, что эта внутрикластерная популяция звезд может быть пережитком разрушения малых галактик, когда они вращаются вокруг M87.
Распределение скорости в третьем поле, как следует из спектров FLAMES, снова отличается. Скорости показывают субструктуры, связанные с большими галактиками Messier 86, Messier 84 и NGC 4388. Скорее всего, подавляющее большинство всех этих планетарных туманностей принадлежат очень протяженному гало вокруг Мессье 84.
Ортвин Герхард (Университет Базеля, Швейцария), член команды, взволнован: «Взятые вместе эти измерения скорости подтверждают мнение о том, что кластер Девы является сильно неоднородным и нерелаксированным скоплением галактик, состоящим из нескольких субъединиц. Таким образом, благодаря спектрографу FLAMES мы смогли наблюдать за движениями в скоплении Девы в тот момент, когда его субъединицы все еще собираются вместе. И это, безусловно, стоит посмотреть! »
Больше информации
Результаты, представленные в этом пресс-релизе ESO, основаны на исследовательской работе («Распределение лучевых скоростей внутрикластерных планетарных туманностей в ядре кластера Дева» М. Арнаболди и др.), Которая только что появилась в исследовательском журнале. Astrophysical Journal Letters Vol. 614, стр. 33.
Ноты
[1]: Пресс-релиз Университета Базеля по этой теме доступен по адресу http://www.zuv.unibas.ch/uni_media/2004/20041022virgo.html.
[2]: членами команды являются Магда Арнаболди (INAF, Osservatorio di Pino Torinese, Италия), Ортвин Герхард (Astronomisches Institut, Университет Базеля, Швейцария), Альфонсо Агуерри (Институт астрофизики Канарских островов, Испания), Кеннет К. Фриман (обсерватория Маунт-Стромло, АСТ, Австралия), Никола Наполитано (Астрономический институт им. Каптейна, Нидерланды), Саданори Окамура (кафедра астрономии, Токийский университет, Япония) и Наоки Ясуда (Институт исследования космических лучей, Университет Токио, Япония).
[3]: Планетарные туманности - это звёзды, похожие на Солнце, в их последней фазе умирания, когда они выбрасывают свои внешние слои в окружающее пространство. В то же время они раскрывают свое маленькое и горячее звездное ядро, которое выглядит как «звезда белого карлика». Выброшенная оболочка освещается и нагревается звездным ядром и сильно излучает характерные эмиссионные линии нескольких элементов, в частности кислорода (на длинах волн 495,9 и 500,7 нм). Их название связано с тем, что некоторые из этих близлежащих объектов, такие как «Туманность Гантель» (см. ESO PR Photo 38a / 98), напоминают диски планет-гигантов в Солнечной системе, если смотреть на них маленькими телескопами.
[4]: FLAMES, многоэлементный спектрограф Fiber Large Array, установлен на 8,2-метровом телескопе VLT KUEYEN. Он способен наблюдать спектры большого количества отдельных слабых объектов (или небольших областей неба) одновременно и охватывает поле неба диаметром не менее 25 угловых минут, то есть почти такое же большое, как полная луна. Это результат сотрудничества между ESO, Обсерваторией Парижа-Мёдона, Обсерваторией Женевы-Лозанны и Англо-Австралийской обсерваторией (AAO).
Источник: ESO News Release
