Изображение предоставлено: ESO
Группа европейских и чилийских астрономов обнаружила несколько больших скоплений галактик на расстоянии 8 миллиардов световых лет, которые должны дать представление о структуре и эволюции Вселенной. Кластеры галактик были обнаружены путем объединения изображений с космического телескопа ESA XMM-Newton и очень большого телескопа ESO. Галактические кластеры не распространяются равномерно, но кажутся натянутыми по Вселенной как сеть, и до сих пор кажется, что форма этих кластеров не изменилась, так как Вселенная была очень молода ...
Используя спутник ESA XMM-Newton, группа европейских и чилийских астрономов [2] получила самое глубокое в мире "широкопольное" рентгеновское изображение космоса на сегодняшний день. Этот проницательный обзор, дополненный наблюдениями некоторых из самых крупных и эффективных наземных оптических телескопов, в том числе ESO Very Large Telescope (VLT), привел к открытию нескольких крупных скоплений галактик.
Эти ранние результаты амбициозной исследовательской программы являются чрезвычайно многообещающими и прокладывают путь для очень полной и тщательной переписи скоплений галактик в разные эпохи. Опираясь на передовые астрономические технологии и с непревзойденной эффективностью наблюдений, этот проект призван дать новое понимание структуры и эволюции далекой Вселенной.
Универсальная сеть
В отличие от песчинок на пляже, материя распределяется по всей Вселенной неравномерно. Вместо этого он сосредоточен в галактиках, которые сами собираются в скопления (и даже скопления скоплений). Эти кластеры «нанизаны» по всей Вселенной в виде веб-структуры, ср. ESO PR 11/01.
Наша Галактика, Млечный Путь, например, принадлежит к так называемой Местной Группе, которая также включает в себя «Мессье 31», Галактику Андромеды. Местная группа содержит около 30 галактик и имеет размеры в несколько миллионов световых лет. Другие кластеры намного больше. Кластер комы содержит тысячи галактик и имеет размеры более 20 миллионов световых лет. Другой хорошо известный пример - кластер Дева, покрывающий на небе не менее 10 градусов!
Скопления галактик - самые массивные связанные структуры во Вселенной. Они имеют массы порядка тысячи миллионов миллионов масс нашего Солнца. Их трехмерное пространственное распределение и плотность числа изменяются с космическим временем и предоставляют информацию об основных космологических параметрах уникальным способом.
Около одной пятой оптически невидимой массы скопления находится в форме диффузного горячего газа между галактиками. Этот газ имеет температуру порядка нескольких десятков миллионов градусов и плотность порядка одного атома на литр. При таких высоких температурах он производит мощное рентгеновское излучение.
Наблюдать за этим межгалактическим газом, а не только за отдельными галактиками, все равно что видеть здания города днем, а не только освещенные окна ночью. Вот почему скопления галактик лучше всего обнаруживаются с помощью рентгеновских спутников.
Используя предыдущие рентгеновские спутники, астрономы провели ограниченные исследования крупномасштабной структуры соседней Вселенной. Однако у них до сих пор не было инструментов, позволяющих расширить поиск в больших объемах далекой Вселенной.
XMM-ньютоновские наблюдения в широком поле
Маргерит Пьер (CEA Saclay, Франция) с европейской / чилийской командой астрономов, известной как консорциум XMM-LSS [2], использовала большое поле зрения и высокую чувствительность рентгеновской обсерватории ESA XMM-Newton к поиск удаленных скоплений галактик и составление карты их распределения в пространстве. Они могли увидеть около 7000 миллионов лет назад в космологическую эпоху, когда Вселенная составляла примерно половину ее нынешнего размера и возраста, когда скопления галактик были более плотно упакованы.
Отслеживание скоплений - кропотливый, многоступенчатый процесс, требующий как космических, так и наземных телескопов. Действительно, из рентгеновских изображений с помощью XMM можно было выбрать несколько десятков объектов-кандидатов в кластеры, идентифицированных как области усиленного рентгеновского излучения (см. Фото PR 19b / 03).
Но иметь кандидатов недостаточно! Они должны быть подтверждены и дополнительно изучены с помощью наземных телескопов. В паре с XMM-Newton Пьер использует сканер с очень широким полем зрения, прикрепленный к 4-метровому телескопу Канада-Франция-Гавайи на Мауна-Кеа, Гавайи, чтобы сделать оптический снимок той же области пространства. Специально созданная компьютерная программа затем объединяет данные XMM-Newton в поисках концентраций рентгеновских лучей, которые предполагают большие, расширенные структуры. Это кластеры и представляют только около 10% обнаруженных источников рентгеновского излучения. Другие в основном отдаленные активные галактики.
Вернуться на землю
Когда программа находит кластер, она увеличивает эту область и преобразует данные XMM-Ньютона в контурную карту интенсивности рентгеновского излучения, которая затем накладывается на оптическое изображение CFHT (PR Photo 19c / 03). Астрономы используют это, чтобы проверить, видно ли что-нибудь в области расширенного рентгеновского излучения.
Если что-то видно, то работа переходит к одному из лучших в мире оптических / инфракрасных телескопов - Очень большой телескоп Европейской южной обсерватории (VLT) в Паранале (Чили). С помощью многомодовых приборов FORS астрономы увеличивают отдельные галактики в поле, проводя спектральные измерения, которые показывают их общие характеристики, в частности их красное смещение и, следовательно, расстояние.
Кластерные галактики имеют одинаковые расстояния, и эти измерения в конечном итоге обеспечивают путем усреднения расстояния скопления, а также дисперсию скорости в скоплении. Инструменты FORS являются одними из самых эффективных и универсальных для этого типа работ, принимая в среднем спектры 30 галактик одновременно.
Первые спектроскопические наблюдения, посвященные идентификации и измерению красного смещения скоплений галактик XMM-LSS, были проведены в течение трех ночей осенью 2002 года.
По состоянию на март 2003 г. в литературе было всего 5 известных кластеров с таким большим красным смещением и достаточным спектроскопически измеренным красным смещением для оценки дисперсии скорости. Но VLT позволил получить дисперсию в отдаленном кластере всего за 2 часа, что вызвало большие надежды на дальнейшую работу.
700 спектров…
Маргарита Пьер чрезвычайно довольна: погода и условия работы в VLT были оптимальными. Только за три ночи наблюдалось 12 кластерных полей, дающих не менее 700 спектров галактик. Общая стратегия оказалась очень успешной. Высокая эффективность наблюдений VLT и FORS поддерживает наш план по проведению последующих исследований большого количества отдаленных скоплений с относительно небольшим временем наблюдения. Это представляет собой наиболее существенное увеличение эффективности по сравнению с предыдущими поисками.
Нынешняя исследовательская программа началась хорошо, наглядно демонстрируя осуществимость этого нового мульти-телескопического подхода и его очень высокую эффективность. И Маргарита Пьер и ее коллеги уже видят первые дразнящие результаты: кажется, подтверждает, что число кластеров 7000 миллионов лет назад мало отличается от сегодняшнего. Это конкретное поведение предсказывается моделями Вселенной, которые расширяются навсегда, раздвигая скопления галактик все дальше и дальше друг от друга.
Не менее важно, что этот мультиволновой мульти-телескопический подход, разработанный консорциумом XMM-LSS для нахождения скоплений галактик, также представляет собой решающий следующий шаг в плодотворной синергии между космическими и наземными обсерваториями и, следовательно, является основным строительным блоком Предстоящая Виртуальная обсерватория.
Больше информации
Эта работа основана на двух статьях, которые будут опубликованы в профессиональном астрономическом журнале «Астрономия и астрофизика» (обзор XMM-LSS: I. Научные мотивы, дизайн и первые результаты Маргерит Пьер и др., Astro-ph / 0305191 и The XMM -LSS обзор: II. Первые кластеры галактик с высоким красным смещением: расслабленные и коллапсирующие системы (Иван Вальчанов и др., Astro-ph / 0305192).
Д-р М. Пьер выступит с докладом по этому вопросу на симпозиуме МАС 216 - Карты космоса - в этот четверг, 17 июля 2003 г., на Генеральной Ассамблее МАС 2003 г. в Сиднее, Австралия.
Ноты
[1]: Это скоординированный выпуск ESO / ESA.
[2]: Консорциум XMM-LSS возглавляет Служба астрофизики CEA (Франция) и состоит из институтов из Великобритании, Ирландии, Дании, Нидерландов, Бельгии, Франции, Италии, Германии, Испании и Чили. Домашнюю страницу проекта XMM-LSS можно найти по адресу http://vela.astro.ulg.ac.be/themes/spatial/xmm/LSS/index_e.html.
[3]: В астрономии «красное смещение» обозначает долю, на которую линии в спектре объекта смещаются в сторону более длинных волн. Поскольку красное смещение космологического объекта увеличивается с расстоянием, наблюдаемое красное смещение удаленной галактики также дает оценку ее расстояния.
Источник: ESO News Release
