Ett internationellt team av astronomer [2] har lyckats mäta med hög precision hastigheterna för ett stort antal planetnebulor [3] i det intergalaktiska rymden i Virgo Cluster of galaxies. För detta använde de den mycket effektiva FLAMES-spektrografen [4] på ESO Very Large Telescope vid Paranal Observatory (Chile).
Dessa planetnebulära stjärnor som flyter fritt i det annars till synes tomma utrymmet mellan galaxerna i stora kluster kan användas som "sonder" för gravitationskrafter som verkar i dessa kluster. De spårar massorna, synliga och osynliga, inom dessa regioner. Detta tillåter i sin tur astronomer att studera formationshistoriken för dessa stora bundna strukturer i universum.
De exakta hastighetsmätningarna för 40 av dessa stjärnor bekräftar uppfattningen att Jungfrun är ett starkt olikformigt galaxkluster, bestående av flera underenheter som ännu inte har haft tid att komma till jämvikt. Dessa nya data visar tydligt att Virgo Cluster of galaxies fortfarande håller på att skapas.
De bevisar också för första gången att en av de ljusa galaxerna i den granskade regionen, Messier 87, har en mycket utsträckt halo av stjärnor, som når ut till minst 65 kpc. Detta är mer än dubbelt så stor som vår egen galax, Vintergatan.
En ung kluster
På ett avstånd av cirka 50 miljoner ljusår är Virgo Cluster det närmaste galaxklusteret. Det är beläget i zodiakkonstellationen Jungfrun (Jungfru) och innehåller många hundratals galaxer, allt från jätte- och massiva elliptiska galaxer och spiraler som vår egen mjölkväg till dvärggalaxier, hundratals gånger mindre än deras stora bröder. Den franska astronomen Charles Messier gick in i 16 medlemmar av Virgo-klustret i sin berömda katalog över nebulosor. Förra året publicerades en bild av kärnan i klustret som erhölls med Wide Field Imager-kameran vid ESO La Silla Observatory som PR Photo 04a / 03.
Galaxer tros ha bildats under en lång tid av sammansättningen av mindre enheter, genom det starka gravitationella draget från mörkt och lysande ämne. Virgo-klustret anses vara ett relativt ungt kluster eftersom tidigare studier har avslöjat små ”underkluster av galaxer” runt de stora galaxerna Messier 87, Messier 86 och Messier 49. Dessa underkluster måste ännu inte smälta samman för att bilda en tätare och mjukare galaxkluster.
Nyligen iakttagelser har visat att det så kallade ”intracluster” utrymmet, regionen mellan galaxer i ett kluster, genomsyras av en gles ”intracluster population of stars”, som kan användas för att studera i detalj strukturen i klustret.
Kosmiska vandrare
De första upptäckterna av intracluster-stjärnor i Virgo-klustret gjordes serendipitöst av den italienska astronomen Magda Arnaboldi (Torino Observatory, Italien) och hennes kollegor, 1996. För att studera de utökade galor av galaxer i Virgo-klustret, med ESO New Technology Telescope på La Silla, de sökte efter föremål kända som "planetariska nebulosor" [3].
Planetiska nebulosor (PNe) kan upptäckas till stora avstånd från deras starka utsläppslinjer. Dessa smala utsläppslinjer möjliggör också ett exakt mått på deras radiella hastigheter. Planetiska nebulosor kan således tjäna till att undersöka stjärnorna i haloområdena i avlägsna galaxer.
I sin studie fann astronomerna flera planetnebulor uppenbarligen inte relaterade till några galaxer utan rörde sig i tyngdfältet i hela klustret. Dessa ”vandrare” tillhörde en nyupptäckt intrecluster av stjärnor av stjärnor.
Sedan dessa första observationer har flera hundra av dessa vandrare upptäckts. De måste representera toppen av isberg av en enorm befolkning av stjärnor som svärmar bland galaxerna i dessa enorma kluster. I själva verket, eftersom planetnebulor är det sista stadiet för vanliga lågmassastjärnor - som vår sol - de är representativa för den stellar befolkningen i allmänhet. Och eftersom planetnebulor är ganska kortlivade (några tiotusentals år - en blitz på astronomiska tidsskalor), kan astronomer uppskatta att en stjärna i cirka 8 000 miljoner soltypstjärnor är synlig som en planetnebulosa vid varje given tidpunkt. Det måste således finnas ett jämförbart antal stjärnor mellan galaxerna som i själva galaxerna. Men eftersom de är utspädda i en så enorm volym är de knappt detekterbara.
Eftersom dessa stjärnor övervägande är gamla, är den mest sannolika förklaringen för deras närvaro i det intressanta utrymmet att de bildades i enskilda galaxer, som därefter strippades från många av sina stjärnor under nära möten med andra galaxer under de inledande stadierna av klusterbildningen. Dessa ”förlorade” stjärnor sprids sedan ut i det intraklusiva utrymmet där vi nu hittar dem.
Således kan planetnebulor ge ett unikt grepp på antalet stjärnor av stjärnor och rörelser i regioner som kan innehålla en betydande mängd massa. Deras rörelser innehåller fossilregistret över galaxinteraktionens historia och galaxklyngens bildning.
Mät hastigheten på döende stjärnor
Det internationella teamet av astronomer [2] fortsatte vidare med att göra en detaljerad studie av rörelserna hos planetnebulorna i Virgo-klustret för att bestämma dess dynamiska struktur och jämföra den med numeriska simuleringar. För detta syfte genomförde de ett utmanande forskningsprogram som syftade till att bekräfta de intressanta planetnebulans kandidater som de hittade tidigare och mäta deras radiella hastigheter i tre olika regioner (”undersökningsfält”) i Virgo-klusterkärnan.
Detta är långt ifrån en enkel uppgift. Utsläppen i huvudsyreutsläppslinjen från en planetnebulosa i Virgo är jämförbar med den från en 60-watts glödlampa på ett avstånd av cirka 6,6 miljoner kilometer, ungefär 17 gånger det genomsnittliga avståndet till månen. Vidare är prover med intellektuella planetneblar glesa, med bara några tiotals planetnebulor i en fjärdedel av det fyrkantiga himmelfältet - ungefär månens storlek. Spektroskopiska observationer kräver alltså 8 meter teleskop och spektrografer med stort synfält. Astronomerna var därför tvungna att förlita sig på FLAMES-GIRAFFE-spektrografen på VLT [4], med dess relativt höga spektrala upplösning, sitt synfält på 25 arcmin och möjligheten att ta upp till 130 spektra i taget.
Astronomerna studerade totalt 107 stjärnor, varav 71 tros vara äkta intracluster planetkandidater. De observerade mellan 21 och 49 objekt samtidigt i cirka 2 timmar per fält. De tre undersökta delarna av Virgo-kärnan innehåller flera ljusa galaxer (Messier 84, 86, 87 och NGC 4388) och ett stort antal mindre galaxer. De valdes för att representera olika enheter i klustret.
De spektroskopiska mätningarna kunde bekräfta den intraklusta naturen hos 40 av de studerade planetnebulorna. De tillhandahöll också en mängd kunskap om strukturen i denna del av Virgo-klustret.
I skapandet
I det första fältet nära Messier 87 (M87) mätte astronomerna en medelhastighet nära 1250 km / s och en ganska liten spridning kring detta värde. De flesta stjärnor i detta fält är således fysiskt bundna till den ljusa galaxen M87, på samma sätt som jorden är bunden till solen. Magda Arnaboldi förklarar: ”Denna studie har lett till den anmärkningsvärda upptäckten att Messier 87 har en stjärna glorie i ungefär dynamisk jämvikt ut till minst 65 kpc, eller mer än 200 000 ljusår. Detta är mer än dubbelt så stor som vår egen galax, Vintergatan, och var inte känd förut. ”
Hastighetsdispersionen som observeras i det andra fältet, som är långt borta från ljusa galaxer, är större än i det första med en faktor fyra. Denna mycket stora spridning, som indikerar stjärnor som rör sig i mycket olika riktningar i olika hastigheter, berättar också att detta fält troligen innehåller många intracluster stjärnor vars rörelser knappt påverkas av stora galaxer. De nya uppgifterna tyder på som en främmande möjlighet att denna intressanta befolkning av stjärnor kan vara kvar från störningen av små galaxer när de kretsar kring M87.
Hastighetsfördelningen i det tredje fältet, som härleds från FLAMES spektra, är återigen annorlunda. Hastigheterna visar understrukturer relaterade till de stora galaxerna Messier 86, Messier 84 och NGC 4388. Troligtvis tillhör den stora majoriteten av alla dessa planetnebulor en mycket utsträckt gloria runt Messier 84.
Ortwin Gerhard (universitetet i Basel, Schweiz), medlem av teamet, är stolt över: ”Sammantaget bekräftar dessa hastighetsmätningar uppfattningen att Virgo Cluster är ett mycket ojämnt och oavslappnat galaxkluster, bestående av flera underenheter. Med FLAMES-spektrografen har vi alltså kunnat se rörelserna i Virgo Cluster, vid ett ögonblick när dess underenheter fortfarande samlas. Och det är verkligen en värd att se! ”
Mer information
Resultaten som presenteras i detta ESO: s pressmeddelande är baserade på ett forskningsdokument ("The Line-of-Sight Velocity Distributions of Intracluster Planetetary Nebulae in the Virgo Cluster Core" av M. Arnaboldi et al.) Som just har dykt upp i forskningstidsskriftet Astrophysical Journal Letters Vol. 614, sid. 33.
anteckningar
[1]: University of Basel Pressmeddelande om detta ämne är tillgängligt på http://www.zuv.unibas.ch/uni_media/2004/20041022virgo.html.
[2]: Medlemmarna i teamet är Magda Arnaboldi (INAF, Osservatorio di Pino Torinese, Italien), Ortwin Gerhard (Astronomisches Institut, Universit? T Basel, Schweiz), Alfonso Aguerri (Instituto de Astrofisica de Canarias, Spanien), Kenneth C. Freeman (Mount Stromlo Observatory, ACT, Australien), Nicola Napolitano (Kapteyn Astronomical Institute, Nederländerna), Sadanori Okamura (Institutionen för astronomi, University of Tokyo, Japan) och Naoki Yasuda (Institute for Cosmic Ray Research, University från Tokyo, Japan).
[3]: Planetiska nebulosa är solliknande stjärnor i sin slutliga döende fas under vilken de kastar ut sina yttre lager till det omgivande rymden. Samtidigt avslöjar de sin lilla och heta stjärnkärna som framträder som en ”vit dvärgstjärna”. Det utkastade kuvertet är upplyst och värms av den stjärnkärnan och avger starkt i karakteristiska emissionslinjer för flera element, särskilt syre (vid våglängder 495,9 och 500,7 nm). Deras namn härrör från det faktum att några av dessa närliggande föremål, till exempel "Hantelnebulan" (se ESO PR Photo 38a / 98) liknar skivorna på de jätteplaneterna i solsystemet när de betraktas med små teleskop.
[4]: FLAMES, Fiber Large Array Multi-Element Spectrograph, installeras på 8,2 m VLT KUEYEN-enhetens teleskop. Den kan observera spektra för ett stort antal enskilda, svaga föremål (eller små himmelområden) samtidigt och täcker ett himmelfält med inte mindre än 25 arkmin i diameter, dvs nästan lika stor som fullmånen. Det är resultatet av ett samarbete mellan ESO, Observatoire de Paris-Meudon, Observatoire de Genève-Lausanne och Anglo Australian Observatory (AAO).
Ursprungskälla: ESO News Release
