Bildkredit: ESO
Ett team av europeiska och chilenska astronomer har upptäckt flera stora galaxkluster på ett avstånd av 8 miljarder ljusår som borde ge insikt i universums struktur och utveckling. Galaxklyngarna upptäcktes genom att kombinera bilder från ESA: s XMM-Newton rymdteleskop och ESO: s Very Large Telescope. Galaxklyngar sprids inte jämnt, men verkar snurrade genom universum som en webb, och hittills verkar det som att dessa kluster inte har förändrats sedan universumet var väldigt ung ...
Med hjälp av ESA XMM-Newton-satelliten har ett team av europeiska och chilenska astronomer [2] fått världens djupaste "vidfält" röntgenbild av kosmos hittills. Denna genomträngande vy, när den kompletteras med observationer av några av de största och mest effektiva markbaserade optiska teleskopna, inklusive ESO Very Large Telescope (VLT), har resulterat i upptäckten av flera stora galaxkluster.
Dessa tidiga resultat från ett ambitiöst forskningsprogram är extremt lovande och banar vägen för en mycket omfattande och grundlig folkräkning av kluster av galaxer vid olika epoker. Förlitar sig på den främsta astronomiska tekniken och med en oöverträffad observationseffektivitet, är detta projekt inställt på att ge nya insikter i strukturen och utvecklingen i det avlägsna universum.
Den universella webben
Till skillnad från sandkorn på en strand är materien inte enhetligt spridd över hela universum. Istället koncentreras det till galaxer som själva samlas i kluster (och till och med klusterkluster). Dessa kluster "strängas" över hela universum i en webbliknande struktur, jfr. ESO PR 11/01.
Vår galax, mjölkvägen, tillhör till exempel den så kallade lokala gruppen som också omfattar ”Messier 31”, Andromedagalaxen. Den lokala gruppen innehåller cirka 30 galaxer och mäter några miljoner ljusår överallt. Andra kluster är mycket större. Komaklyngen innehåller tusentals galaxer och mäter mer än 20 miljoner ljusår. Ett annat välkänt exempel är Virgo-klustret som täcker inte mindre än 10 grader på himlen!
Kluster av galaxer är de mest massiva bundna strukturerna i universum. De har massor i storleksordningen tusen miljoner gånger massan av vår sol. Deras tredimensionella rymdfördelning och nummertäthet förändras med kosmisk tid och ger information om de huvudsakliga kosmologiska parametrarna på ett unikt sätt.
Ungefär en femtedel av den optiskt osynliga massan i ett kluster är i form av en diffus het gas mellan galaxerna. Denna gas har en temperatur i storleksordningen flera tiotals miljoner grader och en densitet i storleksordningen en atom per liter. Vid så höga temperaturer producerar den kraftfull röntgenemission.
Att observera denna intergalaktiska gas och inte bara de enskilda galaxerna är som att se stadens byggnader på dagtid, inte bara de upplysta fönstren på natten. Därför upptäcks kluster av galaxer bäst med hjälp av röntgen-satelliter.
Med hjälp av tidigare röntgensatelliter har astronomer utfört begränsade studier av den storskaliga strukturen i det närliggande universum. Men hittills saknade de instrumenten för att utvidga sökningen till stora volymer av det avlägsna universum.
XMM-Newton-fältobservationer
Marguerite Pierre (CEA Saclay, Frankrike), med ett europeiskt / chilenska team av astronomer känt som XMM-LSS-konsortiet [2], använde det stora synfältet och den höga känsligheten för ESAs röntgenobservatorium XMM-Newton för att söka efter avlägsna kluster av galaxer och kartlägga deras distribution i rymden. De kunde se ungefär 7000 miljoner år tillbaka till en kosmologisk era då universum var ungefär hälften av sin nuvarande storlek och ålder, när kluster av galaxer var tätare.
Att spåra klusterna är en noggrann, flerstegsprocess som kräver både rymd- och markbaserade teleskop. Från röntgenbilder med XMM var det faktiskt möjligt att välja flera tiotals klusterkandidatobjekt, identifierade som områden med förbättrad röntgenstrålning (se PR Photo 19b / 03).
Men att ha kandidater räcker inte! De måste bekräftas och studeras vidare med markbaserade teleskop. Tillsammans med XMM-Newton använder Pierre den mycket breda fältbilden som är ansluten till 4 m Kanada-Frankrike-Hawaii teleskopet på Mauna Kea, Hawaii, för att ta en optisk ögonblicksbild av samma rymdregion. Ett skräddarsytt datorprogram kammar sedan XMM-Newton-data och letar efter koncentrationer av röntgenstrålar som antyder stora, utökade strukturer. Dessa är klustren och representerar endast cirka 10% av de upptäckta röntgenkällorna. De andra är mestadels avlägsna aktiva galaxer.
Tillbaka till marken
När programmet hittar ett kluster zoomar det in på det området och konverterar XMM-Newton-data till en konturkarta med röntgenintensitet, som sedan överlagras på den optiska CFHT-bilden (PR Photo 19c / 03). Astronomerna använder detta för att kontrollera om någonting är synligt inom området för omfattande röntgenemission.
Om man ser något förflyttas arbetet sedan till ett av världens främsta optiska / infraröda teleskoper, European Southern Observatory's Very Large Telescope (VLT) i Paranal (Chile). Med hjälp av FORS multilägeinstrument zoomar astronomerna in på de enskilda galaxerna i fältet och tar spektrala mätningar som avslöjar deras övergripande egenskaper, särskilt deras rödförskjutning och därmed avstånd.
Klustergalaxer har liknande avstånd och dessa mätningar ger slutligen, genom medelvärden, klusterets avstånd såväl som hastighetsdispersionen i klustret. FORS-instrumenten är bland de mest effektiva och mångsidiga för denna typ av arbete och tar med sig det genomsnittliga spektrat på 30 galaxer åt gången.
De första spektroskopiska iakttagelserna för identifiering och rödförskjutningsmätning av XMM-LSS galaxklyngar ägde rum under tre nätter hösten 2002.
Från och med mars 2003 fanns det endast 5 kända kluster i litteraturen vid en så stor rödskift med tillräckligt spektroskopiskt uppmätta rödskift för att möjliggöra en uppskattning av hastighetsdispersionen. Men VLT tillät att få spridningen i ett avlägset kluster bara på två timmar, vilket väckte stora förväntningar på framtida arbete.
700 spektra ...
Marguerite Pierre är extremt nöjd: Väder- och arbetsförhållandena på VLT var optimala. På endast tre nätter observerades 12 klusterfält, vilket gav inte mindre än 700 galaxspektra. Den övergripande strategin visade sig vara mycket framgångsrik. Den höga observationseffektiviteten hos VLT och FORS stödjer vår plan för att utföra uppföljningsstudier av ett stort antal avlägsna kluster med relativt liten observationstid. Detta representerar en väsentlig effektivitetsökning jämfört med tidigare sökningar.
Det nuvarande forskningsprogrammet har börjat väl, vilket tydligt visar genomförbarheten av denna nya multiteleskopmetod och dess mycket höga effektivitet. Och Marguerite Pierre och hennes kollegor ser redan de första lockande resultaten: det verkar bekräfta att antalet kluster för 7 000 miljoner år sedan är lite annorlunda än idag. Detta speciella beteende förutsägs av modeller av universum som expanderar för evigt och driver galaxklyngarna längre och längre ifrån varandra.
Lika viktigt utgör detta flerfunktionella multileskop-tillvägagångssätt som utvecklats av XMM-LSS-konsortiet för att lokalisera kluster av galaxer också ett avgörande nästa steg i den bördiga synergin mellan rymden och markbaserade observatorier och är därför en grundläggande byggsten av kommande virtuella observatorium.
Mer information
Detta arbete är baserat på två artiklar som kommer att publiceras i professionell astronomitidskrift, Astronomy and Astrophysics (XMM-LSS-undersökningen: I. Vetenskapliga motivationer, design och första resultat av Marguerite Pierre et al., Astro-ph / 0305191 och The XMM -LSS-undersökning: II. Första galaxkluster med hög skift: avslappnade och kollapsande system av Ivan Valtchanov et al., Astro-ph / 0305192).
Dr. M. Pierre kommer att hålla ett inbjudet föredrag om detta ämne på IAU Symposium 216 - Maps of the Cosmos - torsdagen den 17 juli 2003 under IAU: s generalförsamling 2003 i Sydney, Australien.
anteckningar
[1]: Detta är en samordnad ESO / ESA-utgåva.
[2]: XMM-LSS-konsortiet leds av Service d’Astrophysique du CEA (Frankrike) och består av institut från Storbritannien, Irland, Danmark, Nederländerna, Belgien, Frankrike, Italien, Tyskland, Spanien och Chile. Hemsidan för XMM-LSS-projektet finns på http://vela.astro.ulg.ac.be/themes/spatial/xmm/LSS/index_e.html
[3]: I astronomi betecknar "rödskiftet" den bråk med vilken linjerna i ett objekts spektrum flyttas mot längre våglängder. Eftersom rödförskjutningen av ett kosmologiskt objekt ökar med avståndet ger den observerade rödförskjutningen av en avlägsen galax också en uppskattning av dess avstånd.
Ursprungskälla: ESO News Release
